JP5969596B2 - 湿度計及びこの湿度計を備えた恒温恒湿槽 - Google Patents

Description

本発明は、湿度計及びこの湿度計を備えた恒温恒湿槽に関するものである。

特許文献１に開示されるように、断熱部によって仕切られた測定空間と外部空間とに跨るように配置された例えばヒートパイプ等の伝熱部を用いて測定空間内の湿度を測定することができる湿度計が知られている。

また、本出願人は、前記湿度計を改良したものとして、以下の湿度計を提案している（特許文献２参照）。

具体的に、特許文献２に開示された湿度計では、伝熱部の測定空間内に位置する部位に結露を生じさせた状態のときに検出された伝熱部の温度、測定空間の温度、及び外部空間の温度から測定空間の湿度が演算によって求められる。

特許第４８３７７７７号公報 特開２０１２−０８３２０６号公報

特許文献２に開示された湿度計においては、測定空間の湿度を求めるときの演算において外部空間の温度が用いられる。このため、測定空間の湿度が一定であったとしても、検出される外部空間の温度の変動によって、当該湿度計により求められる湿度（湿度の値）が変動する場合がある。

本発明の目的は、測定空間の湿度を精度よく測定することができる湿度計、及びこの湿度計を備えた恒温恒湿槽を提供することである。

本発明者は、前記目的を達成すべく以下の知見に着目した。

この知見は、伝熱部における熱収支に関するものである。具体的に、前記知見は、放熱量が一定となるように伝熱部から熱が強制的に放出された場合において、伝熱部において測定空間内に位置する部位に結露が生じたときの熱収支に関するものである。このように結露が生じたとき、測定空間から伝熱部へ入る顕熱と前記結露によって伝熱部に供給される潜熱とを合わせた熱量が、前記伝熱部から強制的に放出される熱量に等しくなる、といった熱収支が、測定空間の湿度及び外部空間の温度に関係なく成り立つ。

この知見に基づき、本発明者は、測定空間の水蒸気圧に着目して前記熱収支を精査した結果、外部空間の温度とは無関係に、伝熱部の温度及び測定空間の温度と測定空間の水蒸気圧との間に所定の関係式が成り立つことを発見した。ここで、湿度（相対湿度）は、飽和水蒸気圧に対する水蒸気圧の分圧である。このため、測定空間の水蒸気圧と温度とが求められれば、測定空間の湿度（相対湿度）は、これら水蒸気圧と温度とから容易に求められる。

本発明は、これらの各温度と測定空間の水蒸気圧との間の関係式に着目することによってなされたものである。本発明の一局面に従う湿度計は、測定空間の湿度を測定する湿度計であって、前記測定空間から当該測定空間に対して断熱部によって隔てられる外部空間に向かって延びる伝熱部と、前記外部空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部から前記外部空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、前記測定空間の湿度を算出する演算装置と、を備える。前記演算装置は、前記伝熱部から前記外部空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、前記測定空間内に位置する部位に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記測定空間の温度とから前記測定空間の湿度を算出する。

また本発明の他の一局面に従う恒温恒湿槽は、所定の測定空間を囲う断熱部と、前記測定空間の湿度を測定する前記湿度計と、前記湿度計による測定結果に基づいて前記測定空間内の温度及び湿度の少なくとも一方を調整する温湿度調整部と、を備えている。

また本発明の他の一局面に従う湿度計は、空間内の湿度を測定する湿度計であって、前記空間内の第１の位置に配置される第１端部から当該第１の位置と間隔をおいた第２の位置に配置される第２端部まで延び、且つ、前記第１端部に前記空間から入った熱を、前記第２端部まで熱輸送可能な伝熱部と、前記空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部の前記第２端部から前記空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、前記空間の湿度を算出する演算装置と、を備える。前記演算装置は、前記第２端部から前記空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、少なくとも前記第１端部に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記空間の温度とから前記空間の湿度を算出するように構成されている。

本発明の第１実施形態による湿度計の概略構成図である。 前記湿度計の機能を説明するためのブロック図である。 前記湿度計の伝熱部における熱収支を説明するための概念図である。 本発明の第２実施形態による湿度計の概略構成図である。 本発明の第３実施形態による湿度計の概略構成図である。 （Ａ）は、測定空間内が高温高湿状態（温度が８５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計と、比較例としての湿度計とによって測定された結果の一例を示す図である。（Ｂ）は、測定空間内が高温高湿状態（温度が８５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計と、第１実施形態の湿度計とによって測定された結果の一例を示す図である。 （Ａ）は、測定空間内が低温高湿状態（温度が３５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計と、比較例としての湿度計とによって測定された結果の一例を示す図である。（Ｂ）は、測定空間内が低温高湿状態（温度が３５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計と、第１実施形態の湿度計とによって測定された結果の一例を示す図である。 本発明のその他の実施形態による湿度計における伝熱部温度センサの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

<第１実施形態>
図１は、本発明の第１実施形態による湿度計を備えた恒温恒湿槽の構造を概略的に示した図である。図２は、図１に示した湿度計の機能を説明するためのブロック図である。図３は、図１に示した湿度計の伝熱部における熱収支を説明するための概念図である。まず、図１乃至図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態による湿度計の構成について説明する。

本実施形態の湿度計は、測定空間Ｓ１内の湿度（相対湿度）を測定するためのものであり、図１及び図２に示されるように、伝熱部１２と、伝熱部温度センサ（伝熱部温度検出部）１４と、測定空間温度センサ（測定空間温度検出部）１６と、ペルチェモジュール（ペルチェ素子）２２を有する放熱量制御部２０と、湿度計本体３０と、を備える。

伝熱部１２は、ヒートパイプによって構成されており、内部に作動流体としての水が減圧状態で封入されると共にヒートパイプ現象を生じさせ得るように構成されている。ここでいうヒートパイプ現象とは、封入された作動流体が所定の場所で蒸発と凝縮とを繰り返すことにより、作動流体が蒸発するところから凝縮するところへ、作動流体の流動に伴って熱が輸送される現象を意味している。

この伝熱部１２は、測定空間Ｓ１からこの測定空間Ｓ１の外側の外部空間Ｓ２に向かって延びている。

ここで、測定空間Ｓ１は、例えば、断熱壁１００（断熱部）によって囲まれた恒温恒湿槽１０１の内側空間である。一方、外部空間Ｓ２は、前記恒温恒湿槽１０１の外側の空間である。即ち、この恒温恒湿槽１０１は、湿度計１０を備える。

具体的に、恒温恒湿槽１０１は、測定空間Ｓ１を囲む断熱壁（断熱部）１００と、湿度計１０と、温湿度調整部１０２と、を備え、測定空間Ｓ１（詳しくは、測定空間Ｓ１内の空気）の温度と湿度とを制御することができる。この恒温恒湿槽１０１の天壁部を構成する断熱壁１００には、外部空間Ｓ２から測定空間Ｓ１に向かって凹んだ凹部１００ａが形成されている。この凹部１００ａには、放熱量制御部２０のペルチェモジュール２２が嵌め込まれている。凹部１００ａの底部には、測定空間Ｓ１と外部空間Ｓ２とを連通する貫通孔１００ｂが設けられている。

温湿度調整部１０２は、湿度計１０による測定結果に基づいて、測定空間Ｓ１内の温度（測定空間温度）ｔ及び湿度Ｕの少なくとも一方を調整する。

伝熱部１２は、一方側の端部１２ｂが貫通孔１００ｂに挿入されている。そして、伝熱部１２は、凹部１００ａにはめ込まれたペルチェモジュール２２と熱伝導（熱交換）可能に接続されている。伝熱部１２の他方の端部側の部位１２ａは、測定空間Ｓ１内に位置（露出）している。以下では、伝熱部１２における前記測定空間Ｓ１内に位置する部位を内側部位１２ａと称する。この伝熱部１２は、垂直に起立した姿勢で配設されるのみならず、ヒートパイプ現象が発生可能であれば、傾斜した姿勢で配設されていてもよく、また、水平姿勢で配設されてもよい。

尚、本実施形態では、伝熱部１２としてヒートパイプが用いられるが、これに限定されない。例えば、伝熱部１２は、中実の銅製の棒体等であってもよい。即ち、伝熱部１２は、測定空間Ｓ１から伝熱部１２に熱が入るときの熱抵抗及び放熱量制御部２０によって伝熱部１２から外部空間Ｓ２に熱が放出されるときの熱抵抗に比べ、伝熱部１２の表面に沿って又は伝熱部１２の内部を熱が移動するときの熱抵抗が非常に小さくなるように構成されているものであればよい。

伝熱部温度センサ１４は、相対湿度Ｕを求めるための演算に用いられる伝熱部１２の温度（伝熱部温度）ｔ_ｅを検出するセンサである。本実施形態の伝熱部温度センサ１４は、伝熱部１２の外面（表面）温度を検出し、その検出結果に応じた信号を出力する。具体的に、伝熱部温度センサ１４は、測定空間Ｓ１内に位置する内側部位１２ａの端部近傍の外面に取り付けられている。尚、伝熱部温度センサ１４は、伝熱部１２（内側部位１２ａ）の外面に接するように配置されなくてもよい。即ち、伝熱部温度センサ１４は、伝熱部１２の温度を非接触で測定する構成でもよく、伝熱部１２内に埋め込まれた状態で伝熱部１２の温度を測定する構成であってもよい。また、伝熱部温度センサ１４は、伝熱部１２がヒートパイプによって構成される場合に、ヒートパイプの内面に接するように配置されてもよい。

測定空間温度センサ１６は、相対湿度Ｕを求めるための演算に用いられる測定空間Ｓ１の温度（測定空間温度）ｔを検出するセンサである。この測定空間温度センサ１６は、測定空間Ｓ１内に配設されており、測定空間Ｓ１内の温度ｔを検出してその検出結果に応じた信号を出力する。

放熱量制御部２０は、ペルチェモジュール２２と、ペルチェモジュール２２に電力を供給する電力供給部２４とを備える。この放熱量制御部２０は、外部空間Ｓ２へ放出される熱量が一定となるように、電力供給部２４からペルチェモジュール２２への電力の供給量を制御する。

ペルチェモジュール（ペルチェ素子）２２は、恒温恒湿槽１０１の凹部１００ａに嵌め込まれた状態で伝熱部１２の他方側の端部１２ｂに接続されている。具体的に、ペルチェモジュール２２は、吸熱部位（冷却部位）２２ａと放熱部位（加熱部位）２２ｂとを有している。吸熱部位２２ａは、凹部１００ａに嵌め込まれた状態で伝熱部１２の他方側の端部１２ｂに熱交換可能（冷却可能）に接続されている。ペルチェモジュール２２がこのように配置されることにより、伝熱部１２における内側部位１２ａ以外の部位は、断熱壁（断熱部）１００とペルチェモジュール２２とによって囲われる。このように、伝熱部１２の一端部（他方側の端部１２ｂ）が外部空間Ｓ２に露出せず、伝熱部１２の一端部から外部空間Ｓ２へペルチェモジュール２２を通じてしか熱を放出できない配置（伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ直接放熱することができない状態）となっている。このため、伝熱部１２から外部空間Ｓ２に放出される熱量の制御を容易に行うことができる。即ち、本実施形態の湿度計１０は、ペルチェモジュール２２に供給される電力を制御することによって、伝熱部１２からペルチェモジュール２２を通して外部空間Ｓ２に放出される熱量を制御している。

このペルチェモジュール２２では、電力供給部２４から電力が供給されると、吸熱部位２２ａが伝熱部１２の他方側の端部１２ｂから吸熱（即ち、他方側の端部１２ｂを冷却）し、この熱を放熱部位２２ｂが外部空間Ｓ２に放出する。このとき、伝熱部１２では、内側部位１２ａ内において作動流体が蒸発すると共に他方側の端部１２ｂ内において気体状の作動流体が凝縮し、これによって、測定空間Ｓ１から伝熱部１２の内側部位１２ａに入った熱が他方側の端部１２ｂまで移動してペルチェモジュール２２に伝熱される。

電力供給部２４は、ペルチェモジュール２２に対して一定の電力を供給可能である。本実施形態の電力供給部２４は、湿度計本体３０の内部に配置されているが、この配置に限定されず、湿度計本体３０と別個に設けられてもよい。

この電力供給部２４がペルチェモジュール２２に対して一定の電力を供給する（例えば、一定の電圧を印加し、又は一定の電流を供給する）ことにより、ペルチェモジュール２２を通じて伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ放出される熱量は、一定となる。

湿度計本体３０は、測定空間Ｓ１内の湿度Ｕを算出し、この算出した湿度Ｕを表示（出力）する。この湿度計本体３０は、相対湿度Ｕを算出する演算部（演算装置）３２と、演算部３２における演算結果を外部に出力する出力部３４と、電力供給部２４と、を備える。本実施形態の湿度計本体３０には、各センサ１４、１６が切り離し可能に接続されている。

演算部３２は、各センサ１４、１６からの信号を受け取って湿度Ｕを算出する。具体的に、演算部３２は、伝熱部温度センサ１４によって検出された伝熱部温度ｔ_ｅと、測定空間温度センサ１６によって検出された測定空間温度ｔと、を用いて測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕを算出する。詳しくは、演算部３２には、以下の式（１）（所定の関係式）と、以下の式（２）とが予め格納されており、当該演算部３２は、これらの式（１）及び式（２）を用いて、伝熱部温度ｔ_ｅ及び測定空間温度ｔから測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕを算出する。

ここで、式（１）のＡは係数であり、ｔは、測定空間温度（測定空間Ｓ１内の空気の温度）であり、ｔ_ｅは、伝熱部温度（伝熱部１２の表面温度）であり、ｅ_ｓｅは、伝熱部温度ｔ_ｅにおける飽和水蒸気圧であり、ｐは、測定空間Ｓ１の圧力であり、δは、境膜厚さであり、ｑ_Ｃは、伝熱部１２から外部空間Ｓ２への放熱量である。また、式（２）のｅ_ｓは、測定空間温度ｔにおける飽和水蒸気圧である。

具体的に、演算部３２は、先ず、式（１）を用いて、伝熱部温度ｔ_ｅ及び測定空間温度ｔから測定空間Ｓ１の水蒸気圧（水蒸気分圧）ｅを算出する。続いて、演算部３２は、式（２）を用いて、この水蒸気圧ｅと測定空間温度ｔにおける飽和水蒸気圧ｅ_ｓとから測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕを算出する。このとき用いられる飽和水蒸気圧ｅ_ｓは、予め演算部３２に格納されたテーブルに記憶されたデータから、演算部３２によって読み出されたものである。テーブルには、例えば、温度と、各温度における飽和水蒸気圧とが対応付けられたデータが記憶されている。

式（１）は、外部空間Ｓ２へ放出される熱量ｑ_Ｃが一定となるように、熱が伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ強制的に放出される状態であって内側部位１２ａに結露が生じている状態にある場合での、伝熱部１２における熱収支に基づく式である。この式（１）は、以下のようにして求められる。

外部空間Ｓ２へ放出される熱量ｑ_Ｃが一定となるように伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ熱が強制的に放出されると、伝熱部１２内の作動流体によって測定空間Ｓ１側から外部空間Ｓ２側（他方側の端部１２ｂ）に向けて熱が輸送される。これにより、伝熱部温度ｔ_ｅが測定空間Ｓ１の露点以下となり、伝熱部１２の内側部位１２ａに結露が生じる。このときの結露によって測定空間Ｓ１から伝熱部１２へ供給される潜熱をｑ_Ｃｏｎとし、測定空間Ｓ１から伝熱部１２へ入る顕熱をｑ_Ｈｅａｔとすると、潜熱ｑ_Ｃｏｎと顕熱ｑ_Ｈｅａｔは、それぞれ以下の式（３−１）及び式（３−２）によって表される。

式（３−１）及び式（３−２）において、Ｈ_ｖは、水の潜熱であり、Ｄは、水蒸気拡散係数であり、Ｐ_０は、大気圧であり、Ｒは、気体定数であり、λは、空気の熱伝導率である。

ここで、外部空間Ｓ２へ放出される熱量ｑ_Ｃが一定となるように、熱が伝熱部１２から外部空間Ｓ２に強制的に放出された場合において、伝熱部１２の内側部位１２ａに結露が生じたとする。このとき、以下の熱収支が、測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕ及び外部空間Ｓ２の温度に関係なく成り立つ。この熱収支とは、測定空間Ｓ１から伝熱部１２へ入る顕熱ｑ_Ｈｅａｔと、前記結露によって伝熱部１２に供給される潜熱ｑ_Ｃｏｎとを合わせた熱量が、前記伝熱部１２から外部空間Ｓ２に強制的に放出させられる熱量ｑ_Ｃと等しくなる、といった熱収支である。

従って、ｑ_Ｃｏｎ、ｑ_Ｈｅａｔ、ｑ_Ｃの間には、以下の式（４）によって表される関係が成り立つ（図３参照）。

そして、式（４）に前記の式（３−１）及び式（３−２）を代入して整理することにより、測定空間Ｓ１内の空気の水蒸気圧ｅを求めるための関係式（５）が成立する。

この式（５）における第２項の点線によって囲まれた式と、第３項の点線によって囲まれた式とを、それぞれ係数Ａに置き換えることによって、前記の式（１）が得られる。

出力部３４は、演算部３２の演算結果を受けて測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕを出力する。本実施形態の出力部３４は、演算結果を表示するように構成されている。尚、出力部３４は、演算結果を表示する構成に限定されない。例えば、出力部は、液晶ディスプレイ等の外部の表示装置等に前記演算結果等を表示させるための信号を出力するように構成されてもよい。また、出力部は、印字等によって出力するように構成されてもよい。

このように構成される湿度計１０では、以下のようにして測定空間Ｓ１の湿度Ｕが測定される。

先ず、湿度計本体３０が起動すると、電力供給部２４がペルチェモジュール２２に一定の電力を供給する。本実施形態では、電力供給部２４がペルチェモジュール２２に対して一定の電流を供給する。これにより、ペルチェモジュール２２を通じた伝熱部１２から外部空間Ｓ２への放熱量ｑ_Ｃを一定にすることができる。その結果、伝熱部１２の内側部位１２ａの温度が低下して測定空間Ｓ１の露点温度以下となる。これにより、内側部位１２ａが結露する。この状態が所定の時間続くと、伝熱部１２の温度が平衡状態となって安定する。

続いて、演算部３２は、伝熱部温度センサ１４の検出結果を示す信号（即ち、伝熱部温度ｔ_ｅを表す信号）と、測定空間温度センサ１６の検出結果を示す信号（即ち、測定空間温度ｔを表す信号）とを受け取る。そして、演算部３２は、各温度センサ１４、１６からの各信号が表す温度をそれぞれ式（１）に代入して演算し、これにより測定空間Ｓ１の水蒸気圧ｅを算出する。

例えば、図３に示す例では、伝熱部温度ｔ_ｅが７９．６℃、測定空間温度ｔが８５．０℃、ペルチェモジュール２２によって伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ放出される熱量（穂熱量）が２０３３６Ｗ／ｍ^２、の場合を示している。このとき演算部３２は、これらの値を式（１）に代入することによって水蒸気圧ｅを求める。続いて、演算部３２は、測定空間Ｓ１の水蒸気圧ｅが算出されると、この水蒸気圧ｅ（図３に示す例では、ｅ＝４９．１）と測定空間温度センサ１６によって検出された測定空間温度ｔにおける飽和水蒸気圧ｅ_ｓとを式（２）にそれぞれ代入して、相対湿度Ｕを演算する。

これにより求められた測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕ（前記の例では８５％）が演算部３２によって出力部３４に出力される。出力部３４は、演算部３２によって算出された測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕを表示（出力）する。

以上の湿度計１０によれば、放出される熱量（伝熱部１２から外部空間Ｓ２への放熱量）ｑ_Ｃが一定となるように、伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ強制的に熱を放出させることによって伝熱部１２の測定空間Ｓ１内に位置する部位１２ａを結露させる。その上で、式（１）を用いて測定空間Ｓ１の湿度を導出する。このため、外部空間Ｓ２の温度の影響を受けずに測定空間Ｓ１の湿度Ｕを精度よく求めることができる。

具体的には、外部空間Ｓ２の温度をパラメータとして用いない式（１）及び式（２）によって湿度Ｕが求められる。これにより、湿度Ｕの算出において外部空間Ｓ２の温度の影響を抑えることができる。しかも、放熱量ｑ_Ｃが一定（所定の値）となるように伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ強制的に熱を放出させるので、伝熱部１２の温度が外部空間Ｓ２の温度及びその変動の影響を受けずに安定する。このため、湿度計１０では、式（１）において外部空間Ｓ２に放熱する伝熱部１２の温度（伝熱部温度）がパラメータとして用いられているにもかかわらず、前記外部空間Ｓ２の温度及びその変動の影響を受けることなく測定空間Ｓ１の湿度を精度よく求めることができる。

また、この湿度計１０は、従来の乾湿球湿度計のようにウィックを必要としないので、古くなって水の吸い上げが悪くなる毎にウィックを交換するといったメンテナンスに係る作業負担を軽減することができる。従って、本実施形態の湿度計１０では、メンテナンスに係る作業負担を軽減しながら、構造を簡略化することができる。

また、本実施形態による湿度計１０では、伝熱部温度センサ１４により伝熱部１２の外面（表面）温度を検出しているため、伝熱部１２の温度を当該伝熱部１２の内部で検出する場合に比べ、伝熱部１２の構造及び伝熱部温度センサ１４の構造を簡略化することができる。

尚、第１実施形態による湿度計１０では、伝熱部温度センサ１４が、内側部位１２ａ（本実施形態では、測定空間Ｓ１側の端部近傍）の外面（表面）温度を検出している。しかしながら、伝熱部温度センサ１４によって伝熱部温度ｔ_ｅが検出される位置は、この位置に限定されない。例えば、伝熱部温度センサ１４は、断熱壁１００の中にある伝熱部１２の表面温度を検出するように配置されていてもよい。伝熱部１２の外面（表面）温度は、風等の外乱による影響を受け易いため、伝熱部温度センサ１４は風等の影響の受け難い断熱壁１００中の位置に配置されていてもよい。この場合、伝熱部温度センサ１４によって測定された温度を用いて湿度Ｕが算出されることにより、求められた湿度Ｕにおける外乱による誤差がより抑えられる。

<第２実施形態>
本発明の第２実施形態について図４を参照しつつ説明する。第２実施形態では、前記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

第２実施形態の湿度計１０Ａでは、伝熱部１２の配置と放熱量制御部１２０の構成において、第１実施形態の湿度計１０と異なっている。

伝熱部１２は、断熱壁１００を貫通するように配置されている。即ち、伝熱部１２は、測定空間Ｓ１内と、この測定空間Ｓ１の外側の外部空間Ｓ２とに跨って配置されている。したがって、伝熱部１２の一端部は測定空間Ｓ１内に位置しており、伝熱部１２の他端部は外部空間Ｓ２内に位置している。以下では、伝熱部１２のうち外部空間Ｓ２内に位置する部位を外側部位１２ｃとする。

放熱量制御部１２０は、空気供給部１２２と、温度調整部１２４と、ガイド部１２６と、を備える。

空気供給部１２２は、伝熱部１２の外側部位（外部空間Ｓ２側に突出している部位）１２ｃに向けた空気（外気）の流れを形成する。本実施形態において、空気供給部１２２は送風ファンである。この空気供給部１２２は、一定の風量となるように外側部位１２ｃに向けて送風する。本実施形態の空気供給部１２２は、外側部位１２ｃの突出方向先端から断熱壁１００（外側部位１２ｃの基端）側に向かう方向に送風する。

温度調整部１２４は、空気冷却部１２４ａと、制御部１２４ｂと、を有する。

空気冷却部１２４ａは、空気供給部１２２と外側部位１２ｃとの間に配置され、空気供給部１２２から外側部位１２ｃに向かう空気の温度を調整する。この空気冷却部１２４ａは、空気供給部１２２から供給された空気の温度を検出する温度センサ（図示省略）を有する。

制御部１２４ｂは、空気冷却部１２４ａの図略の温度センサによって検出された温度（空気供給部１２２から供給された空気の温度）に基づき、空気冷却部１２４ａの冷却能力を制御する。空気冷却部１２４ａの冷却能力が調整されることにより、外側部位１２ｃに供給される空気の温度が一定に保たれる。

以上の湿度計１０Ａによっても、放出される熱量（伝熱部１２から外部空間Ｓ２への放熱量）ｑ_Ｃが一定となるように、伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ強制的に熱を放出させることができる。これにより、伝熱部１２において測定空間内に位置する部位１２ａが結露し、その上で式（１）及び式（２）を用いて測定空間Ｓ１の湿度が導出される。このため、外部空間Ｓ２の温度の影響を受けずに測定空間Ｓ１の湿度Ｕを精度よく求めることができる。

ガイド部１２６は、空気冷却部１２４ａによって温度調整された後の空気を外側部位１２ｃに案内する。このガイド部１２６が温度調整後の空気を案内することにより、温度調整後の空気の流れに外気が混入することを防ぐことができる。これにより、一定の温度（所定の温度）の空気が一定の風量で外側部位１２ｃに到達する。そして、外側部位１２ｃからの熱を受け取った空気は、ガイド部１２６における断熱壁１００側の端部開口から外部空間Ｓ２に放出される。

なお、その他の構成、作用及び効果についてはその説明を省略するが、前記第１実施形態と同様である。

<第３実施形態>
本発明の第３実施形態について、図５を参照しつつ説明する。第３実施形態では、前記第１及び第２実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

第３実施形態の湿度計１０Ｂでは、第１及び第２実施形態の湿度計１０、１０Ａと異なり、湿度計１０Ｂの全構成が一つの空間（測定空間）Ｓ１内に配置可能である。即ち、第３実施形態の湿度計１０Ｂによれば、伝熱部１２Ｂの熱を、湿度を測定する空間（測定空間）Ｓ１と隔てられた空間（第１及び第２実施形態では外部空間）に放出しなくても測定空間Ｓ１の湿度を測定することができる。換言すると、第３実施形態の湿度計１０Ｂによれば、伝熱部１２の熱を測定空間Ｓ１内に放出しつつ、測定空間Ｓ１の湿度を測定することができる。

伝熱部１２Ｂは、第１端部１２０ａから第２端部１２０ｂまで延びる形状を有していて、測定空間Ｓ１から第１端部１２０ａに入った熱を第２端部１２０ｂまで輸送可能である。第３実施形態では、第１実施形態と同様、伝熱部１２Ｂはヒートパイプである。第３実施形態の伝熱部１２Ｂは、第１及び第２実施形態の伝熱部１２よりも短い。これは以下の理由による。伝熱部１２Ｂの温度と測定空間Ｓ１との温度差が小さいために、第３実施形態では、放熱量制御部２０Ｂ（詳しくはペルチェモジュール２２）による伝熱部１２Ｂの第２端部１２０ｂから測定空間Ｓ１への放熱可能量が小さくなる。このため、伝熱部１２Ｂにおいて、測定空間Ｓ１からの熱（顕熱）が入る部位（図５における断熱部材１１０よりも下端側の部位）の表面積を小さくすることにより、第２端部１２０ｂからの放熱量が小さくても当該部位を結露させ易くすることができる。したがって、第３実施形態の伝熱部１２Ｂは、第１及び第２実施形態の伝熱部１２よりも短くなっている。これにより、湿度計１０Ｂの測定範囲が広がる。

また、伝熱部１２Ｂは、垂直に起立した姿勢で配設される。これは、本実施形態のように伝熱部１２Ｂがヒートパイプによって構成されている場合、ヒートパイプが起立した姿勢となるように配置されることによってヒートパイプの熱抵抗が小さくなり、これにより、第２端部１２０ｂからの放熱量を増加させることができるからである。その結果、本実施形態のように、ペルチェモジュール２２による放熱可能量が小さくても、第１端部１２０ａ側の部位が結露し易くなる。

放熱量制御部２０Ｂは、ペルチェモジュール２２及び電力供給部２４以外に、断熱部材１１０を備える。

断熱部材１１０は、伝熱部１２Ｂの第２端部１２０ｂを囲うように配置される。この断熱部材１１０は、伝熱部１２Ｂにおいてヒートパイプ現象を生じ易くさせる。尚、ヒートパイプ現象とは、上述のように、封入された作動流体が所定の場所で蒸発と凝縮とを繰り返すことにより、作動流体が蒸発するところから凝縮するところへ、作動流体の流動に伴って熱が輸送される現象を意味している。尚、断熱部材１１０は、伝熱部１２Ｂにおける熱輸送を行い易くするために設けられていることが好ましいが、必須ではない。

測定空間温度センサ１６は、測定空間Ｓ１内において、放熱量制御部２０Ｂ（ペルチェモジュール２２の放熱部位２２ｂ）からの放熱の影響を受けない位置に配置される。

以上説明した構成の湿度計１０Ｂでは、放出される熱量（伝熱部１２Ｂから測定空間Ｓ１への放熱量）が一定となるように、熱が伝熱部１２Ｂの第２端部１２０ｂから測定空間Ｓ１へ強制的に放出される。これにより、少なくとも伝熱部１２Ｂの第１端部１２０ａが結露する。そして、式（１）及び式（２）を用いて湿度Ｕが演算されることにより、測定空間温度ｔが変動しても、各温度ｔにおける空間の湿度Ｕを精度よく求めることができる。

なお、その他の構成、作用及び効果についてはその説明を省略するが、前記第１及び第２実施形態と同様である。

ここで、第１実施形態の湿度計と、比較例としての湿度計とによって、測定空間の湿度を測定した結果を以下に示す。この比較例としての湿度計は、伝熱部が測定空間から外部空間に亘って配置される。比較例の湿度計では、伝熱部において測定空間内に位置する部位に結露が生じた状態のときに検出される伝熱部の温度、測定空間の温度及び外部空間の温度から、測定空間の湿度が演算によって求められる。比較例においても、伝熱部としてヒートパイプが用いられている。

図６（Ａ）は、測定空間内が高温高湿状態（例えば、温度が８５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計（破線）によって測定された結果と、前記比較例としての湿度計（実線）によって測定された結果とを示している。図６（Ｂ）は、測定空間内が高温高湿状態（例えば、温度が８５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計（破線）によって測定された結果と、第１実施形態の湿度計（実線）によって測定された結果とを示している。図７（Ａ）は、測定空間内が低温高湿状態（例えば、温度が３５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計（破線）によって測定された結果と、前記比較例としての湿度計（実線）によって測定された結果を示している。図７（Ｂ）は、測定空間内が低温高湿状態（例えば、温度が３５℃、湿度が８５％の状態）のときに乾湿球湿度計（破線）によって測定された結果と、第１実施形態の湿度計（実線）によって測定された結果とを示している。

図６（Ａ）と図６（Ｂ）との比較、及び、図７（Ａ）と図７（Ｂ）との比較から、第１実施形態の湿度計では、比較例としての湿度計に比べ、測定結果の値のぶれ（グラフにおける上下のぶれ）の少ない安定した値（測定値）が得られることが確認できた。即ち、湿度を求めるための演算に外気温度が用いられる比較例としての湿度計に比べ、第１実施形態の湿度計では、測定空間の湿度を精度よく測定できることが確認できた。

また、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）における実線で示す波形と破線で示す波形との比較から、第１実施形態の湿度計では、乾湿球湿度計と同様に、測定空間の湿度を高い精度で測定することができることが確認できた。

尚、本発明の湿度計は、前記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

放熱量制御部の具体的な構成は前記各実施形態に限定されない。例えば、第１（又は第３）実施形態の放熱量制御部２０では、ペルチェモジュール２２によって伝熱部１２から外部空間Ｓ２（又は測定空間Ｓ１）への放熱量が一定に保たれ、また、第２実施形態の放熱量制御部では、温度調整された空気を送風することにより伝熱部１２から外部空間Ｓ２への放熱量が一定に保たれている。しかしながら、これらに限定されない。放熱量制御部は、例えば、ペルチェモジュール２２以外の冷却装置や温度調整された水（流体）を用いて、放熱量が一定となるように伝熱部１２から外部空間Ｓ２へ熱を放出させることができる構成であってもよい。

また、前記第１実施形態の湿度計１０では、伝熱部１２の一端部１２ｂが断熱壁１００とペルチェモジュール２２とによって囲まれているために、伝熱部１２の一端部１２ｂが外部空間Ｓ２に露出していない。しかしながら、この構成に限定されない。例えば、伝熱部１２において外部空間Ｓ２に露出した部位から外部空間Ｓ２に放出される熱量と、ペルチェモジュール２２によって伝熱部１２から外部空間Ｓ２に放出される熱量とを合計した熱量を、一定に保つことができる構成であれば、伝熱部１２の一部が外部空間Ｓ２に露出した構成としてもよい。あるいは、前記外部空間Ｓ２に露出した部位から外部空間Ｓ２に放出される熱量が誤差の範囲内に収まる構成の場合にも、伝熱部１２の一部が外部空間Ｓ２に露出した構成としてもよい。

第１〜第３実施形態の演算部３２は、式（１）及び式（２）を予め格納しておき、これらの式を用いて湿度を算出しているが、この構成に限定されない。例えば、式（１）及び式（２）から、各測定空間温度ｔ、各伝熱部温度ｔ_ｅに対する相対湿度Ｕをそれぞれ求めて、測定空間温度ｔと各伝熱部温度ｔ_ｅと湿度Ｕとを対応付けたテーブルを作成しおき、これを演算部３２に予め格納しておいてもよい。この場合、演算部３２は、このテーブルを用いて湿度Ｕを求めることになる。

前記第１〜第３実施形態の湿度計１０、１０Ａ、１０Ｂは、測定空間Ｓ１の相対湿度Ｕのみを導出しているが、この構成に限定されない。湿度計は、相対湿度Ｕに加え、求めた相対湿度Ｕと検出した測定空間温度ｔとから、測定空間Ｓ１の露点を求めてもよい。

前記第１〜第３実施形態の湿度計１０、１０Ａ、１０Ｂは、伝熱部温度センサ１４と測定空間温度センサ１６とを備えているが、この構成に限定されない。湿度計の演算部が、他の機器から入力された伝熱部温度ｔ_ｅ及び測定空間温度ｔを用いて湿度Ｕを算出するように構成されていてもよい。

前記第３実施形態の湿度計１０Ｂでは、ペルチェモジュール２２を用いて、伝熱部１２Ｂの第２端部１２０ｂから一定の放熱量で熱を測定空間Ｓ１に放出している。しかしながら、この構成に限定されない。例えば、第２実施形態の湿度計１０Ａのような空気供給部１２２と温度調整部１２４とガイド部１２６とを用いて、伝熱部１２Ｂの第２端部１２０ｂから熱を放出させてもよい。この場合、空気供給部による空気の流れが伝熱部１２Ｂにおける湿度の測定部位（即ち、伝熱部１２Ｂにおいて測定空間Ｓ１の熱が当該伝熱部１２Ｂに入る部位）に当たらないように、空気供給部、温度調整部、及びガイド部が配置又は構成される。

前記第１〜第３実施形態の伝熱部１２、１２Ａは、いずれも真っ直ぐに延びているが、途中で湾曲又は屈曲していてもよい。

前記第１〜第３実施形態の湿度計では、伝熱部１２の温度ｔ _ｅとして、伝熱部の外面（表面）に取り付けられた伝熱部温度センサ１４により検出された外面（表面）温度が採用されている。しかしながらこれに限られるものではない。例えば、伝熱部温度センサ１４は、伝熱部１２の内部温度を検出するように構成されていてもよい。具体的には、伝熱部１２がヒートパイプによって構成される場合、図８に示されるように、伝熱部１２は、内管１２ｉとその外側を囲む外管１２ｏとを有する二重管構造となる。伝熱部１２には、内管１２ｉと外管１２ｏとの間の空間でヒートパイプ現象が生じるように作動流体が封入される。内管１２ｉ内には、伝熱部温度センサ１４の温度検出部材（図８においてはシース熱電対）４ａが挿入される。このように構成することにより、伝熱部１２の内部温度（内管１２ｉの管壁の温度）を検出することができる。なお、図８には、伝熱部１２が第２実施形態のごとく断熱壁１００を貫通する構成が示されている。しかしながら、伝熱部温度センサ１４が伝熱部１２の内部温度を検出する構成は、第１実施形態及び第３実施形態のように、伝熱部１２の一端部１２ｂが断熱壁内に配置されている構成としてもよい。

［実施の形態の概要］
ここで、前記実施形態について概説する。

（１）前記実施形態の湿度計は、測定空間の湿度を測定する湿度計であって、前記測定空間から当該測定空間に対して断熱部によって隔てられる外部空間に向かって延びる伝熱部と、前記外部空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部から前記外部空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、前記測定空間の湿度を算出する演算装置と、を備える。前記演算装置は、前記伝熱部から前記外部空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、前記測定空間内に位置する部位に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記測定空間の温度とから前記測定空間の湿度を算出する。

前記湿度計によれば、伝熱部から放出される熱量（伝熱部から外部空間への放熱量）が一定となるように、伝熱部から外部空間へ強制的に熱が放出される。そして、伝熱部において測定空間内に位置する部位が結露した状態で、前記関係式を用いて測定空間の湿度が導出される。このため、外部空間の温度の影響を受けずに測定空間の湿度を精度よく求めることができる。

具体的には、外部空間の温度をパラメータとして用いない前記関係式によって湿度を求めるため、外部空間の温度の影響を抑えることができる。しかも、放熱量が所定の値となるように伝熱部から外部空間へ強制的に熱が放出されるため、伝熱部の温度が外部空間の温度及びその変動の影響を受けずに安定する。これにより、前記関係式において外部空間に放熱される伝熱部の温度がパラメータとして用いられているにもかかわらず、前記外部空間の温度及びその変動の影響を受けることなく、測定空間の湿度を精度よく求めることができる。

（２）前記湿度計は、前記伝熱部の温度を検出する伝熱部温度検出部を備えていてもよい。この場合、前記演算装置は、前記伝熱部の前記温度として、前記伝熱部温度検出部によって検出された温度を用いてもよい。また、前記湿度計は、前記測定空間の温度を検出する測定空間温度検出部を備えていてもよい。この場合、前記演算装置は、前記測定空間の前記温度として、前記測定空間温度検出部によって検出された温度を用いてもよい。

これらの構成のように、湿度計が、伝熱部温度検出部及び／又は測定空間温度検出部を備える場合には、当該湿度計以外の機器等から伝熱部温度及び／又は測定空間温度を取得することなく、測定空間の湿度を測定することができる。

（３）前記湿度計において、例えば、具体的に、前記放熱量制御部は、ペルチェ素子と、前記ペルチェ素子に電力を供給する電力供給部と、を有していてもよい。この場合、前記ペルチェ素子は、前記伝熱部を冷却可能に配置され、前記電力供給部は、前記ペルチェ素子に一定の電力を供給可能であってもよい。

かかる構成によれば、伝熱部から外部空間へ放出される熱量を一定に制御することができる。この場合、前記ペルチェ素子が、前記伝熱部における測定空間内に位置する部位以外の部位を前記断熱部と共に囲うように配置されていてもよい。この場合、簡単な構成によって、伝熱部から外部空間へ放出される熱量を一定にする制御を容易に実現できる。

（４）前記伝熱部は、前記断熱部から外部空間側に突出していてもよく、前記放熱量制御部は、前記伝熱部の外部空間側に突出している部位に向けた空気の流れを形成する空気供給部と、前記空気供給部が前記突出している部位に供給する空気の温度を一定にする温度調整部と、を有してもよい。

かかる構成によっても、伝熱部から外部空間へ放出される熱量を一定に制御することができる。

（５）前記実施形態は、前記の各温度と測定空間の水蒸気圧との間の関係式に着目することによってなされた恒温恒湿槽であって、所定の測定空間を囲う断熱部と、前記測定空間の湿度を測定する前記湿度計と、前記湿度計による測定結果に基づいて前記測定空間内の温度及び湿度の少なくとも一方を調整する温湿度調整部と、を備える。

かかる構成によれば、断熱部の外側の空間（外部空間）の温度の影響を受けずに測定空間の湿度が精度よく求められるため、測定空間内の温度及び湿度を正確に調整することができる。

（６）前記第３実施形態は、前記の各温度と測定空間の水蒸気圧との間の関係式に着目することによってなされたものであり、空間内の湿度を測定する湿度計であって、前記空間内の第１の位置に配置される第１端部から当該第１の位置と間隔をおいた第２の位置に配置される第２端部まで延び、且つ、前記第１端部に前記空間から入った熱を、前記第２端部まで熱輸送可能な伝熱部と、前記空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部の前記第２端部から前記空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、前記空間の湿度を算出する演算装置と、を備える。前記演算装置は、前記第２端部から前記空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、少なくとも前記第１端部に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記空間の温度とから前記空間の湿度を算出するように構成されている。

この湿度計によれば、放出される熱量（伝熱部から空間への放熱量）が一定となるように伝熱部の第２端部から空間へ強制的に熱が放出されるため、少なくとも伝熱部の第１端部が結露した状態で、前記関係式を用いて湿度を演算することにより、空間の温度が変動しても、各温度における空間の湿度を精度よく求めることができる。

以上より、前記実施形態によれば、外部空間の温度の影響を受けずに当該外部空間と断熱部によって隔てられた測定空間の湿度を精度よく測定することができる。

本発明は、空間内の湿度を測定する湿度計に利用可能である。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 湿度計
１２、１２Ｂ 伝熱部
１２ａ 内側部位（測定空間内に位置する部位）
１４ 伝熱部温度センサ（伝熱部温度検出部）
１６ 測定空間温度センサ（測定空間温度検出部）
２０、２０Ｂ、１２０ 放熱量制御部
２２ ペルチェモジュール（ペルチェ素子）
２４ 電力供給部
３２ 演算部（演算装置）
１００ 断熱壁（断熱部）
１２２ 空気供給部
１２４ 温度調整部
ｅ 測定空間の水蒸気圧
ｅ_ｓ 測定空間の飽和水蒸気圧
ｅ_ｓｅ 伝熱部温度における飽和水蒸気圧
ｑ_Ｃ 放熱量
ｑ_Ｃｏｎ 結露によって伝熱部１２に供給される潜熱
ｑ_Ｈｅａｔ 測定空間Ｓ１から伝熱部１２へ入る顕熱
Ｓ１ 測定空間
Ｓ２ 外部空間
ｔ 測定空間温度
ｔ_ｅ 伝熱部温度
Ｕ 相対湿度（湿度）

Claims (8)

1. 測定空間の湿度を測定する湿度計であって、
   前記測定空間から当該測定空間に対して断熱部によって隔てられる外部空間に向かって延びる伝熱部と、
   前記外部空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部から前記外部空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、
   前記測定空間の湿度を算出する演算装置と、を備え、
   前記演算装置は、前記伝熱部から前記外部空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、前記伝熱部において前記測定空間内に位置する部位に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記測定空間の温度とから前記測定空間の湿度を算出する湿度計。
2. 請求項１に記載の湿度計において、
   前記伝熱部の温度を検出する伝熱部温度検出部を備え、
   前記演算装置は、前記伝熱部の前記温度として、前記伝熱部温度検出部によって検出された温度を用いる湿度計。
3. 請求項１又は２に記載の湿度計において、
   前記測定空間の温度を検出する測定空間温度検出部を備え、
   前記演算装置は、前記測定空間の前記温度として、前記測定空間温度検出部によって検出された温度を用いる湿度計。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の湿度計において、
   前記放熱量制御部は、ペルチェ素子と、前記ペルチェ素子に電力を供給する電力供給部と、を有し、
   前記ペルチェ素子は、前記伝熱部を冷却可能に配置され、
   前記電力供給部は、前記ペルチェ素子に一定の電力を供給可能である湿度計。
5. 請求項４に記載の湿度計において、
   前記ペルチェ素子は、前記伝熱部における前記測定空間内に位置する部位以外の部位を前記断熱部と共に囲うように配置される湿度計。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の湿度計において、
   前記伝熱部は、前記断熱部から外部空間側に突出し、
   前記放熱量制御部は、前記伝熱部において外部空間側に突出している部位に向けた空気の流れを形成する空気供給部と、前記空気供給部が前記突出している部位に供給する空気の温度を一定にする温度調整部と、を有する湿度計。
7. 所定の測定空間を囲う断熱部と、
   前記測定空間の湿度を測定する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の湿度計と、
   前記湿度計による測定結果に基づいて前記測定空間内の温度及び湿度の少なくとも一方を調整する温湿度調整部と、を備えている恒温恒湿槽。
8. 空間内の湿度を測定する湿度計であって、
   前記空間内の第１の位置に配置される第１端部から当該第１の位置と間隔をおいた第２の位置に配置される第２端部まで延び、且つ、前記第１端部に前記空間から入った熱を前記第２端部まで熱輸送可能な伝熱部と、
   前記空間へ放出される熱量が一定となるように前記伝熱部の前記第２端部から前記空間へ熱を放出させる放熱量制御部と、
   前記空間の湿度を算出する演算装置と、を備え、
   前記演算装置は、前記第２端部から前記空間へ放出される熱量が前記放熱量制御部によって一定になっている状態で、少なくとも前記第１端部に結露が生じているときの前記伝熱部における熱収支に基づく関係式を用い、前記伝熱部の温度と前記空間の温度とから前記空間の湿度を算出するように構成されている湿度計。

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