JP3069046B2 - 水面可変式加湿器付き環境試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱手段で容器内
に入れられた水を加熱してその表面から水蒸気を発生さ
せるようにした加湿器を備え低湿運転条件を含む運転条
件で運転される環境試験装置に関し、特に低湿運転状態
を改善する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境試験装置としては、加熱器、冷凍機
の蒸発器から成る冷却器又はこれに加えて再生式の除湿
機や、ヒータを内蔵したパン皿型加湿器を備え、これら
で循環空気の温湿度を調整し、試験室内を目的とする温
湿度条件に維持するようにしたものが一般的である。こ
のような環境試験装置では、低温低湿条件から高温高湿
条件まで幅広い温湿度条件で運転されるものが多いが、
低湿運転条件では、ヒータの出力が０になっても加湿器
内の水が自然蒸発し、これが余分な除湿負荷になるとい
う問題があった。

【０００３】これを防止するために、従来では、低湿運
転時に加湿器の表面にパンチング板を載せて自然蒸発量
を減少させたり、自然蒸発による除湿負荷を含めた大き
な除湿能力を持つ冷凍機や除湿機を設けるようにしてい
た。しかしながら、このような従来の装置は、人がパン
チング板を載せる操作を行わなければならないため試験
状態や制御の連続性が失われること、従って、試験にお
ける省力化が図れないと共に試験能率が低下すること、
冷凍機や除湿機の容量の増加を招くこと、本来的には不
必要な水分負荷の処理のために過大な容量を持つ冷凍機
等を運転することになり、エネルギーが浪費されるこ
と、等の問題を有していた。

【０００４】なお、加湿能力を可変にした従来の加湿器
としては、水分を包含できる多孔質の加湿エレメントを
並設してそれらの間に空気を流し、水の吸い上げ力と自
然蒸発力とを利用して加湿できるようにした加湿器にお
いて、水を含ませる加湿エレメントの数を可変にした装
置が提案されている（特開平２ー１９２５２７号公報参
照）。しかしながら、このような加湿器は、ヒータ制御
により加湿量を制御する形式の環境試験装置に用いる加
湿器とは性能等の全く異なったものである。又、温湿度
を精度良く制御したり低湿運転条件を持つ環境試験装置
には適用できないものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、運転状態の連続性を維持しつつ
低湿運転条件時の省エネが可能で、冷凍機や除湿機の能
力を低減できる環境試験装置を提供することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、加熱手段で容器内に入
れられた水を加熱してその表面から水蒸気を発生させる
ようにした加湿器を備えた環境試験装置において、前記
表面の面積を変えられる表面積可変手段と、該表面積可
変手段を作動させる作動手段と、を有することを特徴と
する。請求項２の発明は、上記に加えて、前記作動手段
は、所定の低湿運転条件時には前記表面の面積を小さく
するように前記表面積可変手段を自動的に作動させる制
御手段であることを特徴とする。

【０００７】ここで、“所定の低湿運転条件”とは、加
湿器の加熱手段の出力が０になり、制御手段が水の表面
積を小さくするように制御した後にも、加熱手段の出力
が０又はこれに近い状態に止まる程度の湿度条件のこと
である。このような条件は、温湿度の制御範囲、加湿器
の容器の水の表面積の大きさ、加湿器の設置場所や循環
風量、水の表面積を減少させる程度等によって異なり、
実際の環境試験装置毎に具体的に定められる。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記容器は水位によって水の表面積が変化す
る形状の表面積変化形容器になっていて、前記表面積可
変手段は、前記表面積可変形容器と、複数の異なった位
置で水位を制御できる水位制御手段とで構成されている
ことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した環境試験
装置の概略構成の一例を示す。環境試験装置は、同図
（ａ）に示す如く、本体部分として図示しない断熱壁に
囲われている試験室１及びこれから仕切られた空調室
２、空調室２内に配設された加湿器３、図示しない冷凍
機から冷媒が送られる蒸発器４、加熱器５、両室間で空
気を循環させる送風機６、試験室１の入口部に設けられ
た温度センサ７及び湿度センサ８、本体部分外に設けら
れ試験室１内の空気の一部分をバイパス循環除湿する回
転再生式の除湿機９、前記冷凍機等が設けられる機械室
や操作制御盤（図示せず）、操作制御盤に設けられる温
度制御部１０及び湿度制御部２０等を備えていて、低湿
運転条件を含み低温低湿から高温高湿まで幅広い運転条
件で運転される装置である。

【００１０】図１（ｂ）は加湿器３及び湿度制御部２０
の構成例を示す。加湿器３は、仕切３ａによって仕切ら
れた容器としての第１加湿皿３１及び第２加湿皿３２、
それぞれの皿に設けられた加熱手段としてのヒータ３１
ａ及び３２ａ、それぞれの皿３１及び３２内の水の給水
並びに排水のための電磁弁３１ｂ及び３２ｂ並びに３１
ｃ及び３２ｃ、加湿皿と連通したフロート用タンク３３
及びその中に設けられ電磁弁３１ｂ及び３２ｂを開閉す
るためのフロートスイッチ３３ａ等によって構成されて
いる。

【００１１】湿度制御部２０は、図示しない環境試験装
置の全体の操作制御盤内に一体的に形成されていて、試
験室１内の湿度を設定できる湿度設定部分２１、これで
設定した湿度設定値と湿度センサ７の実測湿度Ｈとを受
信してこれらの値やその間の偏差等によってヒータ３１
ａ、３２ａの出力を制御するヒータ制御部分２２、湿度
設定部分２１から設定湿度を受信してその値が低湿運転
条件に相当する一定値以下のときに電磁弁３２ｃを開に
して第２加湿皿３２内の水を排水することによって加湿
器内の水の表面積を制御すると共に、第２加湿皿３２内
の水を排水したときには信号変換器３４を介して電磁弁
３２ｂを強制的に閉鎖する表面積制御部分２３等を備え
ている。

【００１２】加湿器３及び湿度制御部２０の以上のよう
な構成により、本例では、第２加湿皿３２及び電磁弁３
２ｃは、加湿器３の水の表面の面積を変えられる表面積
可変手段に相当し、表面積制御部分２３は、低湿運転条
件時には加湿器３の表面積を小さくするように電磁弁３
２ｃを自動的に作動させる作動手段であり且つ制御手段
に相当する。なお、上記では表面積制御部分２３による
制御に湿度の設定値を用いているが、これに代えて湿度
の測定値Ｈを用いたり、湿度及び温度の設定値や実測値
を用いるようにしてもよい。又、表面積を自動的に変更
する表面積制御部分２３に代えて、電磁弁３２ｃや信号
変換器３４をマニュアル操作するための表面積切換スイ
ッチ等を設けるようにしてもよい。

【００１３】以上のような環境試験装置は次のように運
転される。設定した湿度が低湿でない一定値以上のとき
には、除湿機９を除くそれぞれの機器が運転され、温度
制御部１０及び湿度制御部２０によって試験室１内が設
定された温湿度になるように制御される。これにより、
試験室１内に入れられる図示しない試料には、目的とす
る温湿度環境を付与することができる。加湿器３では、
ヒータ３１ａ、３２ａによって内部の水が加熱され、そ
の表面から水蒸気が発生し、これが試験室内に送られ
る。加湿器３内の水は、種々の水の損失を補うために、
又、濃縮によるスケール付着防止のために電磁弁３１
ｃ、３２ｃによって排出された水を補充するために、フ
ロートスイッチ３３ａやタイマ等によって作動される電
磁弁３１ｂ、３２ｂを介して補給される。

【００１４】設定湿度が一定値以下のときには、冷凍機
の蒸発器のみによる除湿では目的とする湿度条件を達成
できないため、除湿機９を運転する。除湿機９は、運転
マニュアル等に基づいて設定した温湿度条件から人の判
断によって運転されていもよいが、ゾーン制御その他の
制御方法によって自動的に運転されることが望ましい。
このような運転条件において例えば相対湿度４０％以下
程度の低湿運転条件に設定されたときには、表面制御制
御部分２３は自動的に電磁弁３２ｃを開くと共に電磁弁
３２ｂを閉じる。これにより、第２加湿皿３２内の水が
排水されると共に補給が遮断される。その結果、第１加
湿皿３１内にのみ水が残り、加湿器内の水の表面積が半
減する。

【００１５】以上のような運転において、加湿器３で
は、次式に示すように水の表面からＷ（ｋｇ／ｈ）の水
蒸気が蒸発する。 Ｗ＝Ｃ・Ａ・（Ｐｗｓ−Ｐｗ） Ｃ：加湿皿表面を通過する風速によって決まる定数(kg/
mmHg・m²・h) Ａ：加湿皿内の水の表面積（蒸発面積）（ｍ² ） Ｐｗｓ：加湿皿内の水の温度における飽和水蒸気圧（ｍ
ｍＨｇ） Ｐｗ ：通過空気の水蒸気分圧（ｍｍＨｇ）

【００１６】この式によれば、蒸発量は、水蒸気圧の差
及び水の表面積に比例する。この場合、低湿運転条件で
は加湿出力が０になり、加湿器３内の水の温度は循環空
気の温度とほぼ同じになるが、水蒸気圧の差によって自
然蒸発作用が生ずる。そして、低湿になるほど循環空気
の水蒸気分圧が小さくなり、圧力差が大きくなって蒸発
量が多くなる。ところが本発明によれば、低湿運転条件
では自動的に第２加湿皿３２内の水を抜き、水の表面積
Ａを半減させるので、自然蒸発による水蒸気の発生量を
大幅に減少させることができる。その結果、除湿負荷が
減少し、除湿機や蒸発器の運転時の負荷が軽減される。
又、除湿機や蒸発器を含む冷凍機は、第２加湿皿におけ
る自然蒸発分の除湿負荷を含まない除湿能力を備えたも
のでよくなるので、それらの容量を小さくすることがで
きる。そして、除湿負荷自体の減少と、小型化された除
湿機及び冷凍機を運転することとにより、大きな省エネ
効果を得ることができる。

【００１７】なお、上記の例では、相対湿度４０％程度
以下の低湿運転条件で加湿器の水の表面積を半減させる
ようにしているが、このような低湿条件では、水の表面
積減少により水蒸気の自然蒸発量が減少しても、加湿器
のヒータ３１ａの出力は０又はその近くに維持され、そ
れ程大きくなることはない。

【００１８】一方、低湿運転条件以外のときには、第１
及び第２加湿皿内に水が満たされているので、十分な蒸
発面積が確保される。その結果、加湿器からの蒸発が促
進され、特に高湿運転時には、ヒータ３１ａ、３２ａの
出力の割に多くの蒸発量が得られ、省エネ効果が生ず
る。

【００１９】図２乃至図４は加湿器の他の例を示す。図
２は、図１（ｂ）に示すものと同様に仕切３ａを備えて
いるが、仕切の位置を変えることにより、第１加湿皿３
１の水の表面積よりも第２加湿皿３２のそれを大きくし
ている。このようにすれば、低湿運転条件時の自然蒸発
量を一層少なくすることができる。そして、同図（ｂ）
のようにすれば、第１及び第２加湿皿間で水の保有量を
変えることなく、表面積のみを変えることができる。

【００２０】図３は、断面が四角形状の通常の形状の加
湿皿に代えて、水深によって水の表面積が変化する形状
の加湿皿の一例として、底面及び側面が連続して傾斜し
た形状の加湿皿３１´を示す。このような加湿皿を持つ
加湿器では、フロートタンク３３のフロートスイッチ３
３ｂが、通常の水面制御のための上部位置を検出する第
１のオン／オフ接点の他に、例えば水深１／２の位置か
ら上下の一定範囲の位置でオンオフする第２のオン／オ
フ接点を備えている。そして、低湿運転時には、表面制
御部分２３から信号変換器３４´に表面積を減少させる
ための信号を送り、第１のオン／オフ接点に代えて第２
のオン／オフ接点を使用するように切り換える。その結
果、低湿運転時には、電磁弁３１ｂを開閉して、水深が
１／２程度になるように補給水を制御し、水の表面積を
通常運転時の１／２程度に維持することができる。

【００２１】この例の加湿器では、加湿皿３１´及び多
接点を備えたフロートスイッチ３３ｂがそれぞれ表面積
可変形容器及び複数の異なった位置で水位を制御できる
水位制御手段に相当し、表面積可変手段を構成する。こ
のような加湿器を用いると、加湿皿３１´及びフロート
スイッチ３３ｂが特殊なものになるが、図１及び図２の
例のものに較べて部品点数を減少させることができる。

【００２２】図４は、断面が階段状になっていて、水深
によって３種類の水面を形成させて水の表面積を変化さ
せられる形状の加湿皿３１¨を示す。この加湿器では、
フロートタンク３３のフロートスイッチ３３ｃが、通常
の水面制御のための最上部位置にある第１のオン／オフ
接点の他に、順次水深が浅くなった位置でオンオフする
第２、第３のオン／オフ接点を備えている。そして、低
湿運転時には、低湿条件の程度によって、表面制御部分
２３から信号変換器３４¨に表面積を減少させるための
信号を送り、第１のオン／オフ接点に代えて、第２又は
第３のオン／オフ接点を使用するように切り換える。そ
の結果、低湿運転時には、電磁弁３１ｂを開閉して、水
の表面がＳ₂ 又はＳ₃ になるように補給水が制御され
る。

【００２３】この例の加湿器でも、加湿皿３１¨及び多
接点を備えたフロートスイッチ３３ｃが表面積可変手段
を構成する。このような加湿器を用いると、図３のもの
と同様に加湿皿３１¨及びフロートスイッチ３３ｃが特
殊なものになるが、図１及び図２の例のものに較べて、
部品点数を減少させることができると共に、複数の低湿
条件に対して異なった表面積を持つような水面制御をす
ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、加湿器を構成する容器内の水の表面積
を変えられる表面積可変手段と、これを作動させる作動
手段とを設けるので、低湿運転条件時に表面積可変手段
を作動させて水の表面積を小さくすることができる。そ
の結果、低湿運転時の水の自然蒸発量を減少させ、除湿
負荷を低減し、省エネを図ると共に、冷凍機や除湿機等
の容量の低減を図ることができる。

【００２５】請求項２の発明においては、作動手段を制
御手段として、低湿運転条件時には水の表面積を小さく
するように表面積可変手段を自動的に作動させるように
するので、上記効果に加えて、環境状態や制御の連続性
を維持することができる。そして、湿度制御範囲の広い
環境試験装置における低湿制御を容易にすることができ
る。

【００２６】請求項３の発明においては、表面積可変手
段を表面積可変形容器と複数の異なった位置で水位を制
御できる水位制御手段とで構成するので、容器の追加
や、これに付随した配管や弁類等の部品の追加が不要に
なり、簡単でコストのかからない構成によって省エネ等
の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した環境試験装置の一例を示し、
（ａ）は全体構成の説明図で（ｂ）は加湿器及び湿度制
御部の構成の説明図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の環境試験装置に適
用できる加湿器の他の例を示す説明図である。

【図３】更に加湿器の他の例を示す説明図である。

【図４】更に加湿器の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

３ 加湿器 ２３ 表面積制御部分（作動手段、制御手段） ３１ 第１加湿皿（容器） ３１´ 加湿皿（容器、表面積可変形容器、水位表面
積可変手段） ３１¨ 加湿皿（容器、表面積可変形容器、表面積可
変手段） ３２ 第２加湿皿（容器、表面積可変手段） ３２ｃ 電磁弁（表面積可変手段） ３３ｂ フロートスイッチ（水位制御手段、表面積可
変手段） ３３ｃ フロートスイッチ（水位制御手段、表面積可
変手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱手段で容器内に入れられた水を加熱
   してその表面から水蒸気を発生させるようにした加湿器
   を備えた環境試験装置において、 前記表面の面積を変えられる表面積可変手段と、該表面
   積可変手段を作動させる作動手段と、を有することを特
   徴とする環境試験装置。
2. 【請求項２】 前記作動手段は、所定の低湿運転条件時
   には前記表面の面積を小さくするように前記表面積可変
   手段を自動的に作動させる制御手段であることを特徴と
   する請求項２に記載の環境試験装置。
3. 【請求項３】 前記容器は水位によって水の表面積が変
   化する形状の表面積変化形容器になっていて、前記表面
   積可変手段は、前記表面積可変形容器と、複数の異なっ
   た位置で水位を制御できる水位制御手段とで構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。