JP4291879B2 - 飽和気体発生装置 - Google Patents
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Description
前記容器の上下方向の中間位置に前記気体の通過を制限するように設けられた多孔性部材と、前記容器のうちの前記多孔性部材の上側部分に前記気体を前記目的とする温度にするように設けられた熱交換手段と、を有し、前記加熱手段は前記容器のうちの前記多孔性部材の下側部分に設けられていることを特徴とする。
飽和空気発生装置は、容器である飽和槽1に水面Lまで入れられた水を加熱手段である加熱装置2で加熱すると共に、飽和槽1に気体としての空気を供給する空気供給管3から空気を入れてこれを水の中に分散させ、水と接触させ、水中を上昇する空気を目的とする温度である飽和温度t2 の飽和水蒸気含有気体である温度t2 の飽和空気A2 にして、飽和槽1から取り出すようにした装置であり、多孔性部材としての中間メッシュ4及び熱交換手段としての第2加熱装置5を有する。
飽和槽1には水が入れられていて、水位制御器16で水位がLになるように調整されている。通常湿り空気の外気からなる空気が空気供給管3から送られて飽和槽1に底11から入れられると、微細メッシュ12の通過抵抗によって空気はその下の全面に広がり、メッシュ12を均一的に通過し、小気泡となって上昇する。一方、飽和槽1の下部区画1bの水は、温度センサ22によってその部分の温度が検出され、本例ではt2 を50℃としてt3 =t2 +3〜4℃=53〜54℃程度になるように加熱器21で加熱されている。
第2加熱器51の設定温度t2s 50℃ 80℃ 発生した飽和空気温度t2a 中間メッシュ4有(本発明適用) 49.8℃ 79.9℃ 中間メッシュ4無(従来のもの) 49.0℃ 78.8℃
従って、以上の如く精度良く目的とする温度の飽和空気を得ることができる。なお、上部区画1aで過飽和分の小量の水蒸気を凝縮させるためには、この区画の水の熱を取る必要があるが、t2 が常温より十分高く例えば50℃以上のようなときには、飽和槽1の周囲からの放熱があるため、上記の熱量は自然に放出される。従って、本例では、熱交換手段として第2加熱器51を設けて、ごく小量の加熱量で上部区画1aをt2 =50℃に維持するように制御している。
本例の装置は、気体として装置の外から取り入れる温度t1 の通常空気A1 を飽和槽1に入れる前にこの空気に温度t2 の飽和水蒸気の潜熱分までの熱量を供給してこの空気を目的とする温度であるt2 より高い所定の温度t4 まで加熱可能にする予熱手段としての予熱装置6を有する。この場合、t2 が50℃程度であれば、t4 は、温度t2 の飽和空気の飽和水蒸気の潜熱rで構成される潜熱分Rに近い範囲内の熱量として潜熱分Rを通常空気A1 に供給し、通常空気A1 がそれによって加熱されて上昇した温度t4 にされる。
W=RJ−−−−−(1)
を供給可能な電力調節器62、等で構成されている。Jは熱量と電力との換算係数である。
図においてg1 、g2 、h1 、h2 、hw、r、ha1 、ha2 、δh1 、及びδha1 はそれぞれ、A1 及びA2 の水蒸気流量、それぞれの水蒸気の全熱量、飽和槽1内の飽和水の熱量、h2 のうちの潜熱、A1 及びA2 の乾燥空気の熱量、A1 の水蒸気の吸熱量、及び乾燥空気の吸熱量である。
Q1 =g2 r+g2 hw+g1 δh1 +(G−g1 )δha1 −−(2)
である。この中で
g2 r=R−−−−(3)
は前記潜熱分Rに相当し、後述する如くQ1 のうちの大部分を占める。本例では前記の如くこのR=g2 rからなる熱量を予熱装置6によって通常空気A1 に供給可能にする。
g1 =x1 (G−g1 )
g1 +g2 =x2 (G−g1 )
の関係になっていて、これらの式から、
g2 =G(x2 −x1 )/(1+x1 )−−−−(4)
が得られる。
g2 ≒Gx2 −−−−(5)
g2 ≒KGx2 −−−−(5)´
として簡単に求めることができる。Kは0.9程度にされる。この場合のR≒Grx2 もしくはR≒KGrx2 は、潜熱分Rに近い範囲内の熱量ということになる。
W=RJ=GrJ(x2 −x1 )/(1+x1 )−−−(6)
又は、
W≒Gx2 rJ もしくは W≒KGx2 rJ−−−(7)
として定めることができる。ここで、Gは操作器71を操作するときにその目盛りから分かり、r及びx2 は、飽和空気A2 の温度t2 であり第2加熱器51を制御する温度調節器53の設定温度t2 から得られる。又、x1 は、通常空気A1 の温度t1 及び相対湿度ψ1 を測定することにより、もしくは直接絶対湿度x1 を測定することによって得られる。
空気供給管3の空気流量を調整するための調節弁7は、操作盤8に設けられている操作器71により、目的とする流量として例えばG=50g/min の湿り空気を流すように調整される。この空気としては、例えば温度t1 =20℃、相対湿度ψ1 =50%程度の原料となる通常空気A1 が供給され、予熱装置6の電力調節器62は予熱器61に電力Wが供給され、A1 が潜熱分Rの供給を受けて加熱される。このときのWは、上記t2 =50℃及びG=50g/min からx1 を含む式(6)によって計算された値又は式(7)によって概算された値にされる。
t4 =(R/GCp)+t1 −−−−(8)
により計算される。Cpは昇温過程における空気の平均的定圧比熱であり、約1J/g・℃である。従って、前記R、G、及びt1 から、t4 は、式(6)又は(7)により、t4 =204℃又は225℃もしくは204℃となる。
本例の装置では、予熱手段である予熱装置6が、気体を予熱する前記予熱器61、気体の流量Gを出力する流量出力手段として本例では質量流量の調節弁7を操作する前記操作器71及びその流量出力部72、この出力部72が出力した流量Gと目的とする温度t2 とを取り入れてGとt2 とを含む条件から熱量である潜熱分Rを計算してRから気体である通常空気A1 の予熱後の温度t4 を計算する計算手段としての計算部63、温度t4 を検出する温度センサ64、温度センサ64で検出した検出温度t4 pが計算部63が計算した予熱後の温度である予熱後設定温度t4 sになるように予熱器61の加熱量としての電力Wを制御する制御手段としての電力調節器62の電力設定部62a、等で構成されている。
図示の如く、飽和空気の温度が50℃〜60℃程度を超えるとx2 が急激に大きくなる。そして、前式(5)、(5)´、(7)に示すように、x2 はほぼ潜熱分Rに対応した値になるので、上記飽和温度を超えるとRの値が大きくなり過ぎて、そのRで空気を予熱すると、昇温空気の温度t3 が異常に高くなる。例えばt2 が80℃になると、t3 が1000℃を超えるようになり、予熱器31が大型化したり、飽和槽1に入る空気の高温化によって装置の取扱性が悪くなる等の問題が生ずる。
1a 上部区画(上側部分)
1b 下部区画(下側部分)
2 加熱装置(加熱手段)
4 中間メッシュ(多孔性部材)
5 第2加熱装置(熱交換手段)
6 予熱装置(予熱手段)
21 加熱器(加熱手段)
51 第2加熱器(熱交換手段)
61 予熱器(予熱手段)
Z 上下方向
L1 中間位置
Claims (3)
- 容器に入れられた水を加熱手段で加熱すると共に前記容器に気体を入れて該気体を前記水の中に分散させ前記水と接触させて前記気体を目的とする温度の飽和水蒸気含有気体にして前記容器から取り出すようにした飽和気体発生装置において、
前記容器の上下方向の中間位置に前記気体の通過を制限するように設けられた多孔性部材と、前記容器のうちの前記多孔性部材の上側部分に前記気体を前記目的とする温度にするように設けられた熱交換手段と、を有し、前記加熱手段は前記容器のうちの前記多孔性部材の下側部分に設けられていることを特徴とする飽和気体発生装置。 - 前記加熱手段は前記気体を前記目的とする温度より高い温度であって前記熱交換手段で前記目的とする温度に復元する範囲の温度まで加熱することを特徴とする請求項1に記載の飽和気体発生装置。
- 前記気体を前記容器に入れる前に前記気体に前記飽和水蒸気の潜熱分までの熱量を供給して前記気体を前記目的とする温度より高い温度に加熱する予熱手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の飽和気体発生装置。
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