JP2010107218A - 湿度分布の測定方法、測定装置及び環境試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試験室Ｓ内における湿度分布の測定をする際に、低コストで、且つ、精度良く測定する。
【解決手段】試験室Ｓ内における湿度分布の測定方法は、空気吹出口３の近傍に配置された乾湿計９によって、絶対湿度を測定する湿度測定工程、試験室Ｓ内における複数箇所の温度を、温度センサ５にて各々測定する温度測定工程、及び、湿度測定工程にて得られた絶対湿度と、温度測定工程にて得られた試験室Ｓ内における複数箇所の温度とに基づいて、複数箇所各々の相対湿度を算出する相対湿度算出工程を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば環境試験装置に適用し得る、閉空間内における湿度分布を測定する測定方法及び測定装置に関する。

従来より、製品開発を行うに際し、一定温度及び一定湿度の条件下における製品の性能や、急激な温度及び湿度の変化に対する製品の耐久性を試験するために、例えば、恒温恒湿槽等の環境試験装置を用いた試験が行われる。こうした環境試験装置では、断熱壁で囲まれた試験室内に温度センサや湿度センサを設け、これらの計測値に基づいて冷凍機、加湿器、及び加温機を含む空調装置（空調部）を制御することにより、試験室内と空調装置との間で空気を循環させて当該試験室内の温湿度を、目標温湿度で一定となるようにしている。

ところでこうした環境試験装置では、空調装置の制御にかかる制御物理量を計測する温度センサや湿度センサを、調和空気の吹出口（又は吸込口）の近傍に配置することが一般的である。これは、調和空気の吹出口の近傍で計測する温度や湿度は、空調装置の制御に対して時間遅れが小さく、空調装置の制御の安定化を図ることができるためである。

しかしながら、吹出口の近傍に温湿度の計測センサを１つのみ配置したのでは、このセンサ付近の温湿度が予め設定した制御目標の温湿度となるに過ぎず、試験室内の全体が、制御目標の温湿度で均一になっているとは限らない。そこで、試験室内における温度や湿度の空間的な分布を把握したいという要求がある。

例えば、文献１には、試験室内の絶対湿度が均一であるという仮定の下で、試験室内の中心付近に湿度センサを設置するとともに、試験室内の複数箇所に温度センサを設置し、湿度センサの測定値に基づく絶対湿度と、各温度センサにより得られた温度とから、各温度センサが配置された位置の相対湿度を算出することによって、試験室内の温度及び湿度の分布を測定する方法が開示されている。
日本試験機工業会規格（恒温恒湿室、ＪＴＭ Ｋ０３）

ところで、環境試験装置等に用いられる湿度センサには、乾湿計や静電容量式センサが存在している。この内、乾湿計は、低コストである反面、湿度の正確なデータを得るためには、その乾湿計が曝される空気流速のデータが必要であるという特性を有する。多くの場合、試験室内では風速が一定でないため、試験室内の湿度分布を測定するために乾湿計を試験室内の中心付近に設置する場合には、風速計も併せて設置しなければ、正確な湿度データが得られない。

一方、静電容量式センサは、湿度データを得る上で風速のデータは不要であるが、乾湿計に比べてコストが高いため、試験室内の中心付近に静電容量式センサを設置する場合には、恒温恒湿槽の単価を引き上げてしまうこととなる。

また、前述したように、空調装置の制御を安定的に行う上では、温度センサや湿度センサを吹出口や吸込口の近傍に配置することが好ましい。このため、環境試験装置の試験室内の湿度分布を測定しようとすれば、吹出口（又は吸込口）近傍に空調装置の制御用の湿度センサを配置すると共に、試験室内の中心付近に湿度分布測定用の湿度センサを配置しなければならず、センサの必要数が増えてしまうという不都合もある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、閉空間内における湿度分布の測定をする際に、低コストで、且つ、精度良く測定することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明では、吸込口を通じて吸い込まれた空気が空調装置によって調和された後に、吹出口を通じて調和空気が吹き出される閉空間内における湿度分布の測定する方法であって、上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで所定流速の空気流に曝される乾湿計によって、絶対湿度を測定する湿度測定工程、上記閉空間内における複数箇所の温度を、各々測定する温度測定工程、及び、上記湿度測定工程にて得られた絶対湿度と、上記温度測定工程にて得られた上記閉空間内における複数箇所の温度とに基づいて、上記複数箇所各々の相対湿度を算出する相対湿度算出工程を備える構成とした。

この構成によれば、乾湿計の特性として、その測定値には風速依存性が存在するが、空気の通過速度が所定範囲内で比較的安定した吹出口又は吸込口の近傍に乾湿計を配置し、それによって、乾湿計を所定流速の空気流に曝すことで、風速計によって空気流速を測定しなくても、その乾湿計の測定値のみから、閉空間内の絶対湿度の正確な値が得られるようになる。そうして、閉空間内においては絶対湿度が均一であるという仮定の下で、湿度測定工程にて得られた絶対湿度データと、温度測定工程にて得られた閉空間内の複数箇所各々の温度とから、閉空間内の複数箇所の相対湿度を算出できるようになり、それによって閉空間内における相対湿度分布を測定することができる。

第２の発明では、上記乾湿計を、上記吹出口近傍に配置すると共に、２．５ｍ／ｓ以上の空気流に曝す構成とした。

この構成によれば、２．５ｍ／ｓ以上の速度で通過する空気流に曝されているときには、乾湿計の測定値に、風速依存性が無くなるため、吹出口から吹き出される調和空気の湿度を、乾湿計単体で精度良く測定することができる。また、乾湿計を吹出口近傍に配置することによって、その乾湿計の測定値を空調装置の制御に利用したときには、空調装置の制御が安定化する。

第３の発明では、吸込口を通じて吸い込まれた空気が空調装置によって調和された後に、吹出口を通じて調和空気が吹き出される閉空間内における湿度分布を測定する測定装置であって、上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで、所定流速の空気流に曝される乾湿計と、上記閉空間内における所定の複数箇所各々の温度を測定する温度センサと、上記乾湿計にて得られた測定値から絶対湿度を算出すると共に、当該絶対湿度と、上記温度センサにて得られた上記複数箇所の温度とに基づいて、上記閉空間における複数箇所各々の相対湿度を算出する算出手段とを有する構成とした。

この構成によれば、上記と同様に、空気の通過速度が比較的安定した吹出口又は吸込口の近傍に乾湿計を配置し、乾湿計を所定流速の空気流に曝すことで、風速計が無くても、絶対湿度の正確な測定値が得られるようになり、その絶対湿度のデータと、温度センサで得た温度とから、閉空間内の複数箇所の相対湿度を、低コストで且つ精度良く算出することができるようになる。

第４の発明では、供試体が収容される試験室と、吸込口を通じて吸い込んだ上記試験室内の空気を、調和した後に、吹出口を通じて上記試験室に調和空気を吹き出す空調部とを有し、上記空調部を制御することで、上記試験室内を予め設定した状態とする環境試験装置であって、上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで、所定流速の空気流に曝される乾湿計と、上記試験室内における所定の複数箇所各々の温度を測定する温度センサと、上記乾湿計にて得られた測定値から絶対湿度を算出すると共に、当該絶対湿度と、上記温度センサにて得られた上記試験室内における複数箇所の温度とに基づいて、上記試験室内における複数箇所各々の相対湿度を算出する算出手段とを有する構成とした。

この構成によれば、上記と同様に、風速計が無くても、試験室内の複数箇所の相対湿度を精度良く算出することができるようになる。また、吹出口又は吸込口近傍に配置した乾湿計によって、試験室内の相対湿度の分布を測定することができるため、従来、湿度分布の測定の際に必要であった試験室内の中心付近の湿度センサを省略しつつ、当該乾湿計によって得られる湿度の測定値を、空調部の制御にも利用することが可能になる。

第１の発明によれば、空気の通過速度が比較的安定した吹出口又は吸込口の近傍に配置した乾湿計を用いて湿度を測定する工程を有しているので、風速計が無くても閉空間内の絶対湿度を正確に測定でき、ひいては閉空間内の相対湿度分布を正確に測定できる。さらに、湿度測定工程において、風速計無しの乾湿計を用いているので、コストを低く抑えることができる。

第２の発明によれば、乾湿計を２．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気流に曝すことで、乾湿計の測定において風速依存性が無くなり、風速計無しで、絶対湿度を正確に測定することができる。また、吹出口近傍に配置した乾湿計の測定値を、空調装置の制御に利用することができる。

第３の発明によれば、第１の発明と同様に、風速計無しで、閉空間内の絶対湿度を正確に測定できると共に、測定のコストを低く抑えることができる。

第４の発明によれば、乾湿計単体で試験室内の絶対湿度を正確に測定できると共に、試験室内の相対湿度分布を正確に測定することができる。また、乾湿計を用いているので、低コストな環境試験装置とすることができる。さらに、試験室内の相対湿度分布を測定するための乾湿計を、空調部の制御用の乾湿計と兼用することができ、環境試験装置をさらに低廉化することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１、２は、本発明の実施形態に係る環境試験装置としての恒温恒湿槽１を示している。この恒温恒湿槽１は、例えば医薬品の安定性試験に使用されるものであり、そのために試験室Ｓ内の温度や湿度を予め設定した範囲内に安定的に維持する。

図１に示すように、恒温恒湿槽１は、略直方体形状をなし、前面の壁の上端から中央にかけて、扉２が開閉可能に取り付けられている。この扉２の前面には、制御目標となる温湿度の設定等を行うための操作盤７１と、設定値等を表示するディスプレー７２とが上下方向に並んで配設されている。

図２に示すように、恒温恒湿槽１の扉２を開けることによって、恒温恒湿槽１の内部に形成されている略直方体形状の試験室Ｓが開口し、それによって試験室Ｓ内に供試体を入れたり、試験室Ｓ内の供試体を取り出したりすることができる。この試験室Ｓ内の背面の最上部には、空気吹出口３（吹出口）が開口しており、冷凍機、加湿機、及び加温機等を含む空気調和装置（空調装置）８（図３参照）によって、温度及び湿度を調整した調和空気が、試験室Ｓ内に吹き出される。さらに、試験室Ｓ内の背面の最下部には、空気吸込口１０（吸込口）が開口していて、試験室Ｓ内の空気を吸い込んで空調装置８に対してその空気を供給する。従って、この恒温恒湿槽１では、試験室Ｓ内と空調装置８との間で空気を循環させることによって、試験室Ｓ内の温度や湿度を予め設定した範囲内に安定的に維持する。このとき、空気吹出口３から吹き出される空気の風速は、２．５ｍ／ｓ以上となっている。

試験室Ｓ内には、図例では、２枚の棚板４、４が上下に並んで配設されていて、それぞれの棚板４に供試体が載置されている。尚、棚板４の数やその配置位置は適宜設定される。

試験室Ｓ内には、両側面の上下方向に、互いに間隔を空けて２個の温度センサ５が配設されている。また、試験室Ｓ内の底面には、中央部分に温度センサ５が１個配設されている。これら、合計５個の温度センサ５は、試験室Ｓ内の各所において温度を計測するためのものである。試験室Ｓ内の温度センサ５の数は、これに限定されるものではなく、図２は単なる例示である。また、温度センサ５の配設位置も、その数に応じて適宜設定すればよい。但し、試験室Ｓ内の温度の分布状態を把握する上では、温度センサ５は、試験室Ｓ内で略均等に配置することが好ましい。

空気吹出口３には、乾湿計９が配設され、この乾湿計９の計測値によって、空気吹出口３から吹き出される空気の温度、相対湿度及び絶対湿度が測定される。

これらの温度センサ５及び乾湿計９からの計測信号は、恒温恒湿槽１の下部に配設されているコントローラ６に送られる。

コントローラ６は、図３の機能ブロック図に示すように、データ記憶部６ａと、温湿度設定部６ｂと、絶対湿度算出部６ｃと、相対湿度算出部６ｄと、制御調整量演算部６ｅと、増幅器Ａｍとから構成される。

データ記憶部６ａは、温度センサ５と、乾湿計９とに接続されている。この温度センサ５及び乾湿計９からの信号は、増幅器Ａｍにて増幅され、測定データは、データ記憶部６ａに格納される。

温湿度設定部６ｂは、操作盤７１と接続されていて、操作盤７１からの操作信号に基づいて、試験室Ｓ内の温湿度の制御目標値を設定する。また温湿度設定部６ｂはディスプレー７２とも接続されており、上記制御目標値や後述する試験室Ｓ内の相対湿度分布は、必要に応じて、ディスプレー７２に表示される（図１参照）。

絶対湿度算出部６ｃは、データ記憶部６ａに接続されていて、乾湿計９にて得られた計測値から絶対湿度を算出する。

相対湿度算出部６ｄは、データ記憶部６ａと、絶対湿度算出部６ｃとに接続されていて、絶対湿度算出部６ｃにて得られた絶対湿度と、温度センサ５にて得られ、データ記憶部６ａに格納されている試験室Ｓ内における複数箇所それぞれの温度とに基づいて、試験室Ｓ内における複数箇所各々（吹出口３の近傍も含む）の相対湿度を算出する。

制御調整量演算部６ｅは、温湿度設定部６ｂと、データ記憶部６ａと、相対湿度算出部６ｄとに接続されていて、温湿度設定部６ｂにて設定された制御目標値となるように、相対湿度算出部６ｄで得られた複数箇所各々の相対湿度と、データ記憶部６ａにて格納されている試験室Ｓ内における複数箇所各々の温度とに基づいて空調装置８の制御のための演算を行う。また、制御調整量演算部６ｅは、ディスプレー７２と、空調装置８とにも接続されており、演算結果は、必要に応じて、ディスプレー７２に表示される。そして、演算結果に応じて、空調装置８が制御されることになる。

次に、恒温恒湿槽１の運転について説明する。環境試験の対象となる供試体は、恒温恒湿槽１の扉２を開けることによって、供試体を試験室Ｓ内に配設されている棚板４、４に載置される。

制御目標値は、扉２の前面に配設された操作盤７１にて入力される。このとき、操作者は、ディスプレー７２に表示される制御目標値を見て、操作の正誤を確認することができる。

恒温恒湿槽１の運転中は、空調装置８によって、温度及び湿度を調整した調和空気が、空気吹出口３より試験室Ｓ内に吹き出される。また、試験室Ｓ内の背面の最下部に設けられた空気吸込口１０から空調装置８に対して空気が供給される。こうして、試験室Ｓ内と空調装置８との間で空気を循環させながら、空調装置８において温湿度を調整した調和空気を試験室Ｓ内に供給することで、その試験室Ｓ内の温湿度が、入力された制御目標値となるようにされる。

具体的には、温度センサ５にて測定された試験室Ｓ内における複数箇所各々の温度データと、乾湿計９にて測定された空気吹出口３近傍の温度及び湿度に関するデータとは、それぞれコントローラ６の増幅器Ａｍを介して、データ記憶部６ａに格納される。このデータ記憶部６ａに格納された空気吹出口３近傍の温度及び湿度に関するデータから、絶対湿度算出部６ｃによって絶対湿度が算出され、この絶対湿度と、データ記憶部６ａに格納された複数箇所各々の温度とから、相対湿度算出部６ｄによって複数箇所各々の相対湿度が算出される。相対湿度算出部６ｄにおいては、吹出口３近傍の相対湿度も算出される。算出された相対湿度分布や、温度分布は、必要に応じて、ディスプレー７２に表示される。

そして、制御調整量演算部６ｅでは、操作者にて操作盤７１で入力された制御目標値と、相対湿度算出部６ｄにて得られた複数箇所各々の相対湿度と、データ記憶部６ａにて格納されている試験室Ｓ内における複数箇所各々の温度とに基づいて空調装置８の制御のための演算が行われる。この演算結果は、必要に応じて、ディスプレー７２に表示される。そして、演算結果に応じて、空調装置８が制御され、試験室Ｓ内の温湿度が、制御目標値で安定的に維持されることとなる。

以上より、この恒温恒湿槽１では、空気の通過速度が２．５ｍ／ｓ以上の比較的安定した空気吹出口３の近傍に乾湿計９を配置し、この乾湿計９を用いて湿度に関するデータを測定するので、風速計が無くても試験室Ｓ内の絶対湿度を正確に測定できる。そして、試験室Ｓ内においては絶対湿度が均一であるという仮定の下で、上記絶対湿度と、温度センサ５にて測定した試験室Ｓ内の複数箇所の各々の温度とから、試験室Ｓ内の複数箇所の相対湿度を算出できる。これにより、試験室Ｓ内における相対湿度分布を正確に測定できる。そうして、正確に把握した試験室Ｓ内における相対湿度分布や温度分布に基づいて、空調装置８を制御することにより、その試験室Ｓ内を、制御目標の温湿度で均一にすることが実現する。

さらに、乾湿計９には風速計が必要でなくなるため、コストを低く抑えることができる。

加えて、乾湿計９の測定値は、試験室Ｓ内の相対湿度分布を測定するためだけに用いられるのではなく、空調装置８の制御にも用いられ、このように乾湿計９を測定及び制御に兼用することで、センサの必要数を減らすことができる。その上、乾湿計９は、吹出口３の近傍に配置しており、空調装置８の制御に対する時間遅れが短いため、この乾湿計９の測定値を制御に利用することによって、空調装置８の制御を安定して行うことができる。

尚、この実施形態では、乾湿計９を空気吹出口３の近傍に配置したが、例えば空気吸込口１０近傍に乾湿計９を設置して、前記と同様の制御を行うようにしてもよい。この場合も、乾湿計９は、通過速度が２．５ｍ／ｓ以上の比較的安定した空気流内に曝されることになるため、風速計を省略することができる。

さらに、この実施形態では、恒温恒湿槽１に本発明に係る相対湿度分布の測定方法を適用したが、例えば試験室Ｓ内の温度を所定の範囲内に安定的に維持する恒温槽を始めとした、環境試験装置（環境試験室）に適用してもよい。また本発明に係る測定方法は、閉空間内の温度及び湿度の空間的な分布を把握する上で有効であり、環境試験装置に限らず、例えば、住宅、店舗及び各種施設における快感用空調設備や、工場、倉庫及び各種施設における産業用空調設備に適用可能であると共に、物質を大気温度以下に冷却するために、例えば、冷蔵庫、冷凍コンテナ等の冷凍装置等、様々な装置に、広く適用可能である。

以上説明したように、本発明は、風速計が無くても閉空間内の絶対湿度を正確に測定でき、ひいては閉空間内の相対湿度分布を、低コストで正確に測定することができるから、環境試験装置、住宅、店舗及び各種施設における快感用空調設備、工場、倉庫及び各種施設における産業用空調設備、例えば、冷蔵庫、冷凍コンテナ等の冷凍装置等、さまざまな装置に、広く適用可能である。

本発明の実施形態に係る恒温恒湿槽の斜視図である。 高温恒湿槽の試験室内を示す斜視図である。 高温恒湿槽の内部構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 恒温恒湿槽
１０ 空気吸込口（吸込口）
３ 空気吹出口（吹出口）
５ 温度センサ
６ コントローラ
６ｃ 絶対湿度算出部
６ｄ 相対湿度算出部
８ 空調装置
９ 乾湿計
Ｓ 試験室

Claims (4)

1. 吸込口を通じて吸い込まれた空気が空調装置によって調和された後に、吹出口を通じて調和空気が吹き出される閉空間内における湿度分布を測定する方法であって、
   上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで所定流速の空気流に曝される乾湿計によって、絶対湿度を測定する湿度測定工程、
   上記閉空間内における複数箇所の温度を、各々測定する温度測定工程、及び、
   上記湿度測定工程にて得られた絶対湿度と、上記温度測定工程にて得られた上記閉空間内における複数箇所の温度とに基づいて、上記複数箇所各々の相対湿度を算出する相対湿度算出工程を備えることを特徴とする測定方法。
2. 請求項１に記載の測定方法において、
   上記乾湿計は、上記吹出口近傍に配置すると共に、２．５ｍ／ｓ以上の空気流に曝すことを特徴とする測定方法。
3. 吸込口を通じて吸い込まれた空気が空調装置によって調和された後に、吹出口を通じて調和空気が吹き出される閉空間内における湿度分布を測定する測定装置であって、
   上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで、所定流速の空気流に曝される乾湿計と、
   上記閉空間内における所定の複数箇所各々の温度を測定する温度センサと、
   上記乾湿計にて得られた測定値から絶対湿度を算出すると共に、当該絶対湿度と、上記温度センサにて得られた上記複数箇所の温度とに基づいて、上記閉空間における複数箇所各々の相対湿度を算出する算出手段とを有することを特徴とする測定装置。
4. 供試体が収容される試験室と、
   吸込口を通じて吸い込んだ上記試験室内の空気を調和した後に、吹出口を通じて上記試験室に調和空気を吹き出す空調部とを有し、
   上記空調部を制御することで、上記試験室内を予め設定した状態とする環境試験装置であって、
   上記吹出口又は吸込口の近傍に配置されることで、所定流速の空気流に曝される乾湿計と、
   上記試験室内における所定の複数箇所各々の温度を測定する温度センサと、
   上記乾湿計にて得られた測定値から絶対湿度を算出すると共に、当該絶対湿度と、上記温度センサにて得られた上記試験室内における複数箇所の温度とに基づいて、上記試験室内における複数箇所各々の相対湿度を算出する算出手段とを有することを特徴とする環境試験装置。

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