JP2006349529A - 水蒸気発生量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 化学エネルギーを利用した水蒸気発生部を有する水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を、従来よりも一層正確に測定可能な水蒸気発生量測定装置を提供すること。
【解決手段】 水蒸気発生体２０から発生する水蒸気の量を測定するための水蒸気発生量測定装置１０は、容器１１と、容器１１内に設置された空気循環手段１４と、容器１１内の温度及び湿度を測定するセンサ１６とを備える。容器１１は、その一面１２に、開口した窓部１７を有する。装置１０においては、水蒸気発生体２０の水蒸気発生面が窓部１７に臨むように、水蒸気発生体２０が一面１２に取り付け可能になされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を測定するための装置及び方法に関する。

本発明者らは、被酸化性金属の酸化によって発生する熱を始めとする化学エネルギーを利用した水蒸気発生部を有する水蒸気発生体を種々提案している（例えば特許文献１及び２参照）。これらの水蒸気発生体から発生した温熱蒸気を例えば目及び目の周囲に供給することで、毛様体筋等の調節筋の機能が向上し、仮性近視や初期の老眼等の視力が改善される。また温熱蒸気を皮膚や粘膜に施すことで、蒸しタオルを当てたような心地よさを持続的に与えることができる。

前記の水蒸気発生体は、数分ないし数十分の比較的短時間で、比較的多量の水蒸気を発生するものである。水蒸気発生体から発生する水蒸気の量は次のようにして測定される。室温環境（２０℃、６５％ＲＨ）下で水蒸気発生体を外気遮断用の包装袋から取り出す。１ｍｇの単位まで測定可能な上皿天秤に、水蒸気発生体を直ちに載せ、その後１５分間重量測定を行う。測定開始時の重量をＷt₀（ｇ）とし、１５分後の重量をＷt₁₅（ｇ）とし、水蒸気発生体表面の水蒸気発生面積をＳ（ｃｍ²）としたときに、以下の式から発生した水蒸気の量を算出する。
水蒸気放出量（ｍｇ／ｃｍ²・ｍｉｎ）＝（Ｗt₀−Ｗt₁₅）・１０００／１５Ｓ
つまり、この測定方法では、水蒸気発生体の重量減少分を、発生した水蒸気の量とみなしている。

前記の測定方法は、比較的短時間のうちに比較的多量の水蒸気が発生するタイプの水蒸気発生体を対象とする場合に特に有効な方法である。しかし、例えば数時間ないし十数時間の長時間をかけて水蒸気がゆっくり発生するタイプの水蒸気発生体を対象とした場合、水蒸気発生体の重量減少分よりも、被酸化性金属の酸化に起因する重量増加分が上回ってしまうときがあり、水蒸気の量を正確に測定できないことがある。

特開２００２−５８６９９号公報 特開２００２−６５７１４号公報

従って本発明の目的は、前述した従来技術で提案されている水蒸気発生量の測定方法よりも精度が一層向上した測定装置及び測定方法を提供することにある。

本発明は、水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を測定するための水蒸気発生量測定装置であって、
密閉可能な容器と、該容器内に設置された空気循環手段と、該容器内の温度及び湿度を測定するセンサとを備え、該容器は、その一面に、開口した窓部を有しており、
前記装置においては、前記水蒸気発生体の水蒸気発生面が該窓部に臨むように、該水蒸気発生体が前記一面に取り付け可能になされている水蒸気発生量測定装置を提供することにより前記目的を達成したものである。

また本発明は、水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を測定する方法であって、
一面に、開口した窓部を有する密閉可能な容器における該一面に、前記水蒸気発生体を、その水蒸気発生面が該窓部に臨むように取り付け、
前記水蒸気発生体から水蒸気を発生させて、密閉された前記容器内に放出し、
前記容器内の温度及び相対湿度を測定し、
測定された温度及び相対湿度の値に基づき水蒸気発生量を求める水蒸気発生量測定方法を提供することにより前記目的を達成したものである。

本発明によれば、化学エネルギーを利用した水蒸気発生部を有する水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を従来よりも一層正確に測定することができる。特に本発明は、数時間ないし十数時間の長時間をかけて水蒸気がゆっくり発生するタイプの水蒸気発生体を対象とした場合に有利である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の水蒸気発生量測定装置の一実施形態の斜視図が示されている。図２には、図１におけるII−II線断面図が示されている。図１及び図２に示す装置１０は直方体状の容器１１を備える。容器１１は密閉可能に設計されている。容器１１は、正面板１２、背面板、左右両側板、並びに天板及び底板を備えている。これらの板は、例えばアクリル板やガラス板などの透明板から構成されている。各板は枠体１３によって保持固定されている。容器１１の内部には送風ファン１４が設置されている。ファン１４は、側板の内側に取り付けられている。ファン１４は、容器１１内の空気を攪拌して、容器１１内の温度及び湿度を一定にする目的で用いられる。

容器１１の天板上には温湿度計１５が設置されている。温湿度計１５からは温湿度センサ１６が延びており、センサ１６は天板の内面に取り付けられている。センサ１６は容器１１内の温度及び相対湿度を測定する目的で用いられる。

容器１１は、その正面板１２に開口した窓部１７を有している。正面板１２は窓部１２の開閉機能を備えているとさらに良い。窓部１７は横長の矩形をしており、正面板１２のほぼ中央部に形成されている。窓部１７の大きさは、測定対象となる水蒸気発生体２０における水蒸気発生面よりも大きな寸法を有している。また窓部１７の大きさは、測定対象となる水蒸気発生体２０よりも小さな寸法を有している。なお、本発明における測定対象である水蒸気発生体の詳細については後述する。

水蒸気発生体２０は、その水蒸気発生面が窓部１７に臨むように、正面板１２に着脱可能に取り付けられる。水蒸気発生体２０の取り付け方法に特に制限はない。例えば水蒸気発生面が覆われないように注意して水蒸気発生体２０に両面粘着テープを貼り付け、その状態の水蒸気発生体２０を、粘着テープ面が正面板１２に当接するように貼り付ける。このとき、水蒸気発生体２０と正面板１２との間に水蒸気漏れが生じるような隙間が形成されないように注意する。

図３には、本発明における測定対象である水蒸気発生体の一例が示されている。水蒸気発生体２０は、被酸化性金属粉、反応促進剤及び電解質及び水を含有する水蒸気発生部２１を有している。水蒸気発生部２１は収容体２２内に収容保持されている。収容体２２は一面２２Ａ及びそれと反対側に位置する他面２２Ｂとを有する扁平な袋状をしている。収容体２２の一面２２Ａは通気性を有し、水蒸気発生部２１から発生した水蒸気を外部に放出するようになされている。一方、他面２２Ｂは難通気性であるか、又は通気性を有したとしてもその通気性の程度は一面２２Ａの通気性よりも低くなっている。水蒸気発生体２０は、一面２２Ａの側を、水蒸気を適用したい対象物に対向させて用いられる。

収容体２２は、複数のシート材の周縁を貼り合わせて、内部が空洞の袋状となされている。収容体２２は、透湿性素材２３と、難透湿性素材又は透湿性素材２３よりも透湿性の低い透湿性素材２４との周縁が互いに接合されて扁平な袋状に形成されている。つまり収容体２２の一面２２Ａの側が透湿性素材２３を有しており、他面２２Ｂの側が難透湿性素材又は透湿性素材２３よりも透湿性の低い透湿性素材２４を有している。収容体２２の一面２２Ａの側は、水蒸気発生部２１から発生した水蒸気を通過させて外部に放出する。他面２２Ｂの側は水蒸気を通過させにくい。つまり水蒸気は収容体２２の一方の側、即ち透湿性素材２３の側から優先的に外部へ放出される。

収容体２２の一面２２Ａ側に配される透湿性素材２３としては、水蒸気は透過させるが水は透過させにくい素材が用いられる。そのような素材としては、例えば微細孔を有するポリオレフィン系フィルムなどが挙げられる。このようなフィルムは例えば使い捨ておむつや生理用ナプキンなどのサニタリー製品における透湿性バックシートとして良く知られたものである。なお前述した通り水蒸気は透湿性素材２３を通じて外部へ放出されることから、水蒸気発生体２０は、透湿性素材２３の側が対象物と対向するように用いられる。

一方、収容体２２の他面２２Ｂ側に配される素材２４が難透湿性である場合、該素材２４としては、水蒸気も水も透過させにくい素材、例えば微細孔を有しないポリオレフィン系フィルムやポリエステル系フィルムなどが用いられる。素材２４が透湿性である場合には、収容体２２の一面２２Ｂ側に配される透湿性素材２３と同様のものであって、且つ該素材２３よりも透湿度の低いものが用いられる。

水蒸気発生体２０における水蒸気発生部２１は、例えば粉体であり得る。またシート状物でもあり得る。何れの形態であっても、水蒸気発生部２１は、先に述べた通り、被酸化性金属粉、反応促進剤、電解質、水、保水剤等を含有している。一方、水蒸気発生部２１がシート状物の形態である場合には、これらの成分に加えて繊維状物が配合されている。

水蒸気発生部２１が粉体の形態である場合、その好ましい組成は、被酸化性金属粉３０〜８０重量％、反応促進剤１〜２５重量％、保水剤１〜２５重量％、電解質０．３〜１２重量％、水２０〜7０重量％である。一方、水蒸気発生部２１がシート状物の形態である場合、被酸化性金属粉６０〜９０重量％、反応促進剤５〜２５重量％及び繊維状物５〜３５重量％を含む成形シートに、該成形シート １００重量部に対して、１〜１５重量％の電解質を含む電解質水溶液が３０〜８０重量部含有されてシート状物となされていることが好ましい。このようなシート状物の好ましい製造方法としては、例えば本出願人の先の出願に係る特開２００３−１０２７６１号公報に記載の湿式抄造法が挙げられる。水蒸気発生部２１を構成する各種材料としては、当該技術分野において通常用いられているものと同様のものを用いることができる。また、前記の特開２００３ −１０２７６１号公報に記載の材料を用いることもできる。

次に、図１及び図２に示す装置１０を用いて、図３に示す水蒸気発生体２０から発生する水蒸気の量を測定する方法について説明する。先ず、装置１０を温度及び湿度が一定に保たれた恒温室に設置する。恒温室内の温度及び湿度の設定条件は本発明において臨界的なものではない。一般に温度５〜４０℃、湿度３０〜８０％ＲＨに設定することができる。装置１０における容器１１内を密閉状態にしておき（但し、窓部１７は除く）、ファン１４を作動させて容器１１内の温度及び湿度を一定にしておく。

次に水蒸気発生体２０を外気遮断用の包装袋（図示せず）から取り出し、水蒸気発生体２０における水蒸気発生面である一面２２Ａ側の周囲に両面粘着テープを素早く貼り付ける。そして、その状態の水蒸気発生体２０を、粘着テープ面が正面板１２に当接するように素早く貼り付ける。このとき、水蒸気発生面が正面板１２の窓部１７に臨むようにする。この状態においては、装置１０における容器１１内は密閉されている。

時間の経過と共に水蒸気発生体２０の水蒸気発生部で被酸化性金属の酸化反応が進行し、それによって水蒸気が発生してくる。発生した水蒸気は、水蒸気発生体２０における水蒸気発生面である一面２２Ａ側を通じて容器１１内に放出される。その結果、容器１１内の湿度が徐々に上昇してくる。また容器１１内の温度も上昇する。尤も、水蒸気発生量に比較して容器１１の容積が十分に大きい場合には、容器１１内の温度上昇は微々たるものである。

水蒸気発生体２０を窓部１７に取り付けてからの容器１１内の温度及び相対湿度を、センサ１６によって測定してその値を記録しておく。温度及び湿度の測定は連続的でもよく、或いは一定時間おきでもよい。一定時間おきに測定する場合、その時間間隔に特に制限はない。

測定を所定の時間、例えば数時間ないし十数時間行う。これにより温度及び相対湿度と時間との関係が得られる。得られた温度及び相対湿度の値に基づき、それまでに発生した水蒸気の積算量（ｇ）を求める。その求め方は以下の通りである。

先ず、容器１１内の測定温度下における飽和蒸気圧Ｐａを求める。飽和蒸気圧Ｐａは、以下に示すＧｏｆｆの式から算出する。

算出された飽和蒸気圧Ｐａの値に基づき、以下の式から飽和蒸気圧Ｐａでの絶対湿度Ｄｓ（ｇ／ｍ³）を算出する。

得られた飽和蒸気圧Ｐａでの絶対湿度Ｄｓと、同温度下における相対湿度Ｈ（％）との間には、Ｈ＝Ｄ／Ｄｓ×１００の関係がある。ここでＤは相対湿度Ｈ（％）における絶対湿度（ｇ／ｍ³）である。相対湿度Ｈは測定から求められているので、ＤｓとＨの値から、容器１１内の絶対湿度Ｄが算出される（Ｄ＝Ｈ・Ｄｓ／１００）。算出された絶対湿度Ｄの値に、容器１１の容積（ｍ³）を乗じることで、容器１１内の水蒸気の量（ｇ）が算出される。

このようにして、放出された水蒸気の積算量と時間との関係のグラフが得られる（例えば後述する図６参照）。

以上の方法によれば、水蒸気発生体２０から発生した水蒸気の量を正確に且つ容易に測定することができる。水蒸気の量を一層精度良く測定するためには、恒温装置等を用いて容器１１内の温度を一定にすることが好ましい。尤も、容器１１内の温度を一定にすることは本発明において必須ではない。同様の目的のために、容器１１の容積は、発生する水蒸気量との関係で、水蒸気を確実に捕集可能な値となるように選定することが好ましい。

以上の方法においては、絶対湿度の増加量が、水蒸気発生体２０から発生した水蒸気の量に相当することを前提としている。しかし、容器１１の構造や形状、或いは水蒸気発生体２０の構造や形状によっては、発生した水蒸気がすべて容器１１内に放出されない場合がある。そのような場合には、絶対湿度の増加量が、水蒸気発生体２０から発生した水蒸気の量と一対一で対応しないことがある。そこで、水蒸気の量を一層精度良く測定することを目的として、容器１１内の絶対湿度Ｄの値を補正することが好ましい。補正のしかたは以下の通りである。

先ず、水蒸気発生体２０から発生する水蒸気の量を測定する前に、予備測定として、ろ紙に所定量の水を含ませ、該ろ紙を容器１１内に載置し、前述の手順に従い水蒸気の量を測定する。このとき、窓部１７は閉塞しておく。ろ紙としては、アドバンテック社のフィルターペーパー（直径９０ｍｍ）を用い、該ろ紙に２５、５０、１００、１５０、２００、２５０ｍｇのイオン交換水をそれぞれ含ませる。測定結果は図４に示す通りとなり、約２０分でろ紙からの蒸散は終了し、容器１１内の水蒸気量は一定値になることが判る。

イオン交換水をそれぞれ含ませた前記のろ紙を水分蒸散後に電子天秤に載せ、水の減少量を測定する。このようにして得られたろ紙からの水の減少量と、測定器で算出した水蒸気の量との関係をプロットすると、図５に示すように、両者間には一次の（直線の）相関関係があることが判る。この直線の傾きを求め、その傾きを係数ｆとする。ｆは０から１までの数値を取り得る。

このようにして予め求められたｆの値を、水蒸気発生体２０を対象として測定された絶対湿度Ｄの値に乗じて、該絶対湿度の値を補正する。そして、補正された絶対湿度の値（ｇ／ｍ³）を水蒸気の量（ｇ）に換算する。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、容器１１は直方体状であったが、水蒸気発生体２０の取り付けが可能である限り、容器の形状は如何なるものであってもよい。また容器１１と水蒸気発生体２０の取り付け方法は、先に述べた両面粘着テープ以外の方法であってもよい。

また、前記実施形態においては、容器１１内に水蒸気を放出させて、該容器１１内の温度及び湿度を測定するというバッチ式の測定方式を採用したが、これに代えて、連続式（流通式）の測定方式を採用してもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されない。特に断らない限り「％」は「重量％」を意味する。

〔実施例１〕
（１）粉体の水蒸気発生部の作製
鉄粉（同和鉄粉鉱業（株）製、商品名「ＲＫＨ」）と、保水剤とを均一に混合し、次いで５．０％塩化ナトリウム水溶液を添加して更に均一に混合した。更に活性炭（日本エンバイロケミカル（株）製、商品名「カルボラフィン」）を添加し均一に混合し、粉体の発熱部を得た。組成は次の通りである。
・鉄粉 ５０％
・保水剤 ５％
・活性炭 ５％
・食塩水 ４０％

（２）水蒸気発生体の作製
炭酸カルシウムを含有するポリエチレン製の透湿性フィルム（透湿度８００〜１２００ｇ／ｍ²・２４ｈｒ、通気度１００００±２０００ｓ／１００ｃｍ³）、線状低密度ポリエチレン製の難透湿性フィルム及びエアスルー不織布を用いて図３に示す袋状の収容体を作製した。この中に粉体の水蒸気発生部を収容して、図３に示す水蒸気発生体を得た。寸法は１００ｍｍ×１２０ｍｍであった

（３）水蒸気の発生量の測定
図１及び図２に示す装置１０を用い、水蒸気発生体から発生する水蒸気を容器１１内に放出させた。装置１０は、２０℃、４０％ＲＨの恒温室内に設置した。容器１１の容積は３７．８７リットルであった。容器１１の正面板１２にはその中央部に９０ｍｍ×１１０ｍｍの矩形の窓部１７が設けられていた。ファン１４として、山洋電気製のDC San Ace 25を用いた。このファンは最大風量が１．２５ｍ³／ｍｉｎである。温湿度計として、ＳＡＴＯデータロガー（型式：ＳＫ−Ｌ２００ＴＨ）を用いた。センサ部は、温度センサがサーミスタ、湿度センサが高分子抵抗変化型のものであった。

（４）測定結果
水蒸気発生体２０を、その水蒸気発生面が窓部１７に臨むように、正面板１２に両面粘着テープで貼り付けた。水蒸気発生体２０を発熱させて、容器１１内に水蒸気を放出させた。容器１１内の温度及び相対湿度を測定し、先に述べた手順に従い容器１１内の絶対湿度Ｄを算出した。補正値である係数ｆを予め測定しておき、算出された絶対湿度（ｇ／ｍ³）に係数ｆを乗じて、補正された絶対湿度を求めた。係数ｆは０．６０３９であった。補正された絶対湿度の値に容器１１の容積（ｍ³）を乗じて、発生した水蒸気の積算量（ｇ）を求めた。その結果を図６に示す。

〔比較例１〕
２０℃、４０％ＲＨの恒温室内に電子天秤を設置した。この電子天秤は１ｍｇの単位まで測定可能なものである。実施例１で用いた水蒸気発生体と同様のものを電子天秤の上皿に載置し、水蒸気を発生させた。水蒸気発生体の重量を経時的に測定し、測定開始時の水蒸気発生体の重量から、測定された水蒸気発生体の重量を差し引いて、その値を水蒸気の積算量（ｇ）とした。その結果を図７に示す。

図６及び図７に示す結果から明らかなように、実施例１の装置及び方法によれば、水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を精度良く測定できることが判る。これに対して比較例１の装置及び方法では、水蒸気発生体の重量の減少分よりも、鉄粉の酸化に起因する重量増加分が上回ってしまい、水蒸気の量を正確に測定できないことが判る。

本発明の水蒸気発生量測定装置の外観を示す斜視図である。 図１におけるII−II線断面図である。 本発明の測定対象となる水蒸気発生体の一例を示す斜視図及び断面図である。 本発明の水蒸気発生量測定装置を用いた予備測定の結果を示すグラフである。 図４に示す測定結果と、電子天秤を用いた測定結果との関係を示すグラフである。 実施例１で測定された水蒸気の積算量を示すグラフである。 比較例１で測定された水蒸気の積算量を示すグラフである。

符号の説明

１０ 水蒸気発生量測定装置
１１ 容器
１２ 正面板
１３ 枠体
１４ ファン
１５ 温湿度計
１６ 温湿度センサ
１７ 窓部
２０ 水蒸気発生体
２１ 水蒸気発生部
２２ 収容体

Claims (3)

1. 水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を測定するための水蒸気発生量測定装置であって、
   密閉可能な容器と、該容器内に設置された空気循環手段と、該容器内の温度及び湿度を測定するセンサとを備え、該容器は、その一面に、開口した窓部を有しており、
   前記装置においては、前記水蒸気発生体の水蒸気発生面が該窓部に臨むように、該水蒸気発生体が前記一面に取り付け可能になされている水蒸気発生量測定装置。
2. 水蒸気発生体から発生する水蒸気の量を測定する方法であって、
   一面に、開口した窓部を有する密閉可能な容器における該一面に、前記水蒸気発生体を、その水蒸気発生面が該窓部に臨むように取り付け、
   前記水蒸気発生体から水蒸気を発生させて、密閉された前記容器内に放出し、
   前記容器内の温度及び相対湿度を測定し、
   測定された温度及び相対湿度の値に基づき水蒸気発生量を求める水蒸気発生量測定方法。
3. 測定された温度及び相対湿度の値に基づき絶対湿度を算出し、算出された絶対湿度の値に基づき水蒸気発生量を求める請求項２記載の測定方法。
   

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