JP6791911B2 - 加湿器および空気調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、試験室のための加湿器、試験室のほか、試験室、特に気候室などの試験空間の空気を調節する方法に関する。加湿器は、水槽を収容する容器内部を有する容器と、水槽の温度を制御する温度制御システムの加熱装置と、水槽内に気泡を発生させる換気システムと、容器内の水槽の上方に配置された試験室の試験空間に容器内部を接続する容器開口と、を備える。

そのような試験室は、物体、特に装置の物理的特性及び／又は化学的特性を試験するために一般的に使用される。このため、５０℃〜＋１８０℃の範囲の温度を設定できる温度試験室又は気候試験室が知られている。気候試験室では、装置、厳密にいうと試験材料が所定の時間暴露される所望の気候条件をさらに設定することができる。そのような試験室は、要求される供給ラインのみを使用して建物に接続され、温度を制御し調節するために必要な全構造部品を備える携帯装置として通常は実現されるか部分的に実現される。試験空間内の空気循環ダクト内では、試験対象の試験材料を受容する試験空間の温度を規則的に制御する。空気循環ダクト又は試験空間を流れる空気を加熱するか冷却する１つ以上の熱交換器それぞれが、空気循環ダクト内に配置される。この目的のために、ファン又は換気装置が試験空間内の空気を吸引し、空気循環ダクト内にて、対応する熱交換器に導く。このため、試験材料は、温度を制御することができ、あるいは温度の規定された変化に暴露することも可能である。試験と試験の間には、例えば、試験室の最高温度と最低温度との間で温度を交互に変えることができる。

さらに、試験と試験の間に試験空間内の相対空気湿度を設定したり、相対空気湿度に関して試験空間内の空気を調節したりすることが定期的に意図される。例えば、凝縮器を介して試験空間を除湿する以外に、気候試験室に設置された加湿器が使用される。この例では、特に、試験空間の底部のタブ状窪みにて試験空間内に形成される加湿器が知られている。タブ状窪みは、窪みに充填された水を加熱するか凝縮することができる加熱要素を有する。さらに、タブ状窪み内に放電を提供することができ、必要に応じて水を排出することができる。この場合の欠点には、試験空間内の水が試料から汚染物質を吸収することがあり、その結果、加熱要素のような加湿器の構成要素が腐食することがあることが挙げられる。さらに、水は、試験サイクル終了後にのみ試験空間から排出することができるが、試験サイクルに影響を与えないように試験サイクル中に排出することはできない。しかし、加湿器の機能が停止されても水が原因で試験サイクルに最小限の影響を及ぼすことは避けられない。特に、凍結温度以下の温度変化のある試験サイクルでは、タブ内の水を排出する必要がある。この種の加湿器は、対応して調節された加湿器を、さまざまな試験室の大きさに対してそれぞれの試験空間の底部に形成する必要があるため、製造費が比較的高価である。

特許文献１（独国特許出願公開第１０２５９１７０号明細書）には、試験空間とは別の水槽で満たされた容器によって形成された加湿器が提案されている。水槽を加熱するための温度制御システムが水槽内に配置され、水槽内に気泡を発生させるいわゆるエアレータが温度制御システムの下に配置される。試験空間内の空気を加湿するために、５０℃〜８０℃の範囲の温度に水槽の温度を制御し、水槽内の気泡として浮上する試験空間内の空気を導くことが意図される。この目的のために、空気は、試験空間が蒸気によって加湿されないように、特にエアロゾルを含まない。この例では、例えば、水槽を試験空間に設ける必要がなく、水槽が汚染物質によって汚染されないことが特に有利である。公知の加湿器の欠点には、加湿が容器内の水の量のために緩慢にしか制御できないことが挙げられる。このため、加湿器を使用した試験と試験の間に、高い湿度定数、あるいは試験空間内の空気温度又は相対空気湿度の非常に迅速な変化も実現することができない。特に、試験空間内の空気温度を下げる場合には、例えば、試験室内の空気を除湿するために除湿器が必要となる。

独国特許出願公開第１０２５９１７０号明細書

このため、目下の本発明の目的は、試験室用加湿器と、試験室の試験空間の空気を調節する方法とを提案することである。加湿器と方法の両方は、試験空間の相対空気湿度の定数を高くすることができ、迅速なテスト条件の変更も可能にする。

この目的は、請求項１の特徴を有する加湿器、請求項１２の特徴を有する試験室、及び請求項１３の特徴を有する方法によって達成される。

本発明による試験室、特に気候室などのための加湿器は、水槽を収容する容器内部を有する容器と、水槽の温度を制御する温度制御システムの加熱装置と、水槽内の気泡を発生させる換気システムと、水槽の上方の容器内に形成された試験室の試験空間に容器内部を接続する容器開口と、を備える。加湿器は、温度制御システムの冷却装置を備える。

加湿器の容器は原則的に閉鎖され、温度が絶縁されており、加熱装置は、加熱装置を用いて水槽を加熱できるように水槽に配置される。容器開口は、例えば、容器からの加湿された空気が空気ダクト又はチューブを介して試験空間に導かれるように、試験空間に密接に接続されるように機能する。このため、加湿器は、一般に、試験室の大きさ、厳密にいうと試験空間の大きさとは無関係にモジュール式に実現することができる。また、試験空間内で個別に調節された加湿器を実現する必要もなくなるため、本発明による加湿器を特に安価に製造することができる。加湿器は、水槽内に配置された温度制御システムの冷却装置を備えているため、比較的低温になるように水槽の温度を制御することが可能となる。このため、加湿器又は水槽の温度の迅速な変化、ひいては加湿されたエアロゾルを含まない空気を、露点温度を有するように発生させることができる。さらに、試験空間は、加湿器によって除湿することができる。

水槽の冷却が現在では可能になっているため、水槽の温度を迅速に低下させることができ、ひいては比較的正確に制御することができることから、試験空間にて、相対空気湿度の正確な時定数が達成される。さらに、冷却装置によって水槽の非常に低い温度を設定することができ、比較的低温のエアロゾルを含まない空気を試験空間に給送することができる。この空気を試験空間内で加熱すると、試験空間内の相対空気湿度が低下し、ひいては試験空間が除湿される。この目的のために、特に空気中に存在する可能性のある汚染物質を排出するために特に迅速な除湿を実施することができるように、試験空間内の出口弁を介して空気を排出することを意図することができる。試験空間内の相対空気湿度の高い時定数以外に、試験空間内にて露点温度を迅速に変化させることが結果として可能になる。加湿器は、そのモジュール設計により、さまざまな試験室に使用することができる。

換気システムの換気装置を、加熱装置と冷却装置の両方に空間的に割り振ることができる。このような換気装置はそれぞれ、水槽に配置することができる。それぞれの換気装置は、加熱装置又は冷却装置の下方に配置され、その結果、換気装置を使用して発生させた気泡が、加熱装置及び冷却装置の領域の水槽内でそれぞれ上昇することができる。このため、加熱装置及び冷却装置それぞれを介して容器内部の空気に可能な限り直接的に影響を及ぼすことが可能となる。換気装置はこのほか、換気装置を別々に作動させるか、水槽内で互いに個別に気泡を発生させるために、互いに分離されてもよい。換気システムは、換気装置に空気を供給することができる少なくとも１つのポンプをさらに備えることができる。この目的のために、ある量の空気を換気装置ごとに異なる量に分割することができる。このため、例えば、加熱装置は、暖かい飽和空気を発生させるために最初に作動させることができ、空間的に割り当てられた換気装置を介して気泡を供給するための供給対象になることができる。試験と試験の間に試験空間内の試料又は空気を意図的に冷却しようとするのであれば、水槽は、次に、冷却装置を作動させることによって冷却することができる。割り当てられた換気装置の気泡が、試験空間に対して比較的冷たい飽和空気を発生させることができるように、冷却装置周りを流れる。

それぞれの換気装置は、空気出口を有する圧縮空気ラインと、いずれの場合も空気出口を形成し、加熱装置及び冷却装置それぞれの下に配置される多孔質膜とを備えることができる。多孔質膜は、例えば、いわゆるエアレータの形態で多孔性セラミック材料から形成することができる。圧縮空気ラインは、空気を給送するため、あるいは圧縮空気を発生させるためのポンプを、換気装置に接続するチューブ又はホースとすることができる。多孔質膜を用いることにより、大量の気泡を同時に発生させることが可能となり、ひいては加熱装置及び／又は冷却装置の領域の水槽の表面を特に大きく形成することも可能となる。このため、水分の飽和した空気又は特定の露点温度を有する空気を迅速に大量に発生させ、試験空間に導くことができる。

有利なことには、多孔質膜は円板形状であってもよい。多孔質膜は、加熱装置及び／又は冷却装置が気泡によって少なくとも全体的に取り囲まれるように、水槽の水位に対して加熱装置及び冷却装置の下に配置することができる。この円板状の多孔質膜により、気泡を発生させる多孔質膜の表面を大きくすることができると同時に、構造上の高さを低くすることができる。

加熱装置及び冷却装置はそれぞれ、水槽に配置された熱交換器を有するように実現することができる。加熱装置の熱交換器は、例えば、電気加熱ロッド又は熱伝達媒体が流れるチューブであり得る。冷却装置はこのほか、水槽内に配置され、熱伝達媒体又は冷媒がそれぞれ流れるチューブであり得る。このチューブは、熱が加熱装置及び／又は冷却装置のそれぞれから可能な限り水槽に移行できるように、蛇行又は螺旋状になるように実現することができる。

加湿器は、容器内に配置されたダクトと、解放されたダクトの上端部と下端部と、ダクト内に配置可能な熱交換器とを備えるフローシステムを備えることができる。その結果、フローシステムは、加熱装置及び／又は冷却装置の熱交換器をそれぞれフローシステム又はダクト内に配置することができるように、一種の垂直軸として水槽内に位置決めすることができる。特に、換気システムによってそれぞれの熱交換器の下方に気泡を発生させるとき、気泡はダクトを通って流れ、このためそれぞれの熱交換器を取り囲むことができる。また、フローシステムによって、フローシステム又はダクト内の水槽の水が、それぞれの熱交換器によって原則的に加熱されるか冷却されることが保証され得る。このため、ダクトを通って流れる気泡は、具体的には、加熱されるか冷却された水を通って案内され、これにより、所望の露点温度を有する飽和空気を特に迅速に発生させることができる。特に、飽和空気を発生させるために水槽を所望の温度に設定する必要がなくなり、ダクト内の水のみの温度を制御すれば充分であるようになる。次に、ダクトの外側の水は、単に蒸気貯留部として機能し、必要に応じてダクト内に流入することができる。ダクトは、ダクトの内部容積が水槽の総容積に対して１：５、１：１０又はそれ以上となる程度に大きく実現することができる。ダクト内で気泡が上昇することができるため、冷却装置の熱交換器が容易に凍結するのを防ぐことができる。特に良好に冷却され得る熱交換器が使用される場合、熱交換器の表面の水は凍結することがあり、加湿器を使用不能にして解凍しなければならない。上昇気泡が熱交換器の表面領域に乱流を発生させる場合、氷が表面に形成されるのを容易に防止することができる。

このため、ダクトは、チューブ形態の中空形状によって形成することができ、上端部の上端縁は水槽の水位より上に配置される。その結果、水位は、上端縁が常に水位より上にあるか水槽から突出する程度に上げることができる。気泡は、換気システムを使用して注入される空気の量に応じて、中空形状内の水位を、残りの容器内部の水位又は水槽の水の残量に対して中空形状内で上昇させる。気泡は、ダクト内の水槽の部分的な量の水の水位を「泡で覆う」ようにする。特に、水位は、水槽の水、厳密にいうと部分的な量の水が中空形状から上端部を介して溢れ出し、中空形状の外側の水槽の残量と混合する程度まで上昇させることができる。水槽はこのほか、ある量の空気の投与量に応じて、水槽の平均温度又は水の総量の増加又は減少のために、熱交換器によって発生した温水及び／又は冷水と迅速に混合することができる。

加熱装置の熱交換器及び冷却装置の熱交換器がそれぞれ中空形状内に配置されると有利である。その結果、加熱装置及び冷却装置にそれぞれ中空形状を割り当てることができる。例えば、加熱装置及び冷却装置のそれぞれの熱交換器に気泡が同時に供給されて、同熱交換器周りに流れることも可能になる。このため、加熱段階が徐々に停止する間に冷却段階が既に開始されており、これにより、加湿機能のさらに迅速な変化を実現することができる。ダクトは、換気システムの換気装置それぞれがダクトの下に配置されるか同ダクト内に配置され、気泡の大部分、好ましくは全部が水槽内のダクト内で上昇するように実現することができる。

さらに、加湿器は、充填レベルセンサと、供給弁と、排出弁とを備えることができる。水を、供給弁を介して容器内部に注入し、必要に応じて排出弁を介して容器内部から排出することができる。充填レベルセンサは、制御装置と共に容器内部の水位の高さを絶えず制御するために使用することができる。特に、容器内部から空気の飽和した水が排出されたとき、水の損失を、供給弁を使用したその後の投与によって補償することができる。水中の残留物によって容器内部又は加湿器の洗浄が場合により必要になるのを防止するために、脱塩水を水槽に使用することがある。

加湿器が試験室制御回路と加湿器制御回路とを有する制御装置を備える場合、加湿器を使用して相対空気湿度の時定数を特に高く達成することができる。試験室制御回路は、試験空間内の相対空気湿度を測定する湿度センサを備え、試験空間内の湿度を制御するのに役立てることが可能である。湿度制御回路は、水槽内の温度を測定する温度センサ及び／又は容器内部の相対空気湿度を測定する湿度センサ、好ましくは露点センサを備え、容器内部の湿度及び／又は温度を制御する働きをする。制御装置は、試験室制御回路を誘導コントローラとして、湿度制御回路を追従コントローラとして有するカスケード制御として実現することができる。このように実現されたカスケード制御はこのほか、試験空間内の加湿空気に関する加湿器の絶対精度を向上させることに加えて、加湿器のさらに迅速な反応、厳密にいうと時間的にさらに迅速な応答挙動を可能にし、このため試験と試験の間の動的制御を可能にする。このため、試験空間内の相対空気湿度を減少させ、増加させることは、加湿器内の最初に強く冷却された低水温か、強く加熱された高水温をそれぞれ発生させることによって開始することができる。水温と空気の給送量それぞれは、加湿器制御回路を用いて、円滑に調節することができる。

本発明による空調試験室は、環境に対して封止可能であるとともに試験材料を受容する温度絶縁試験空間のほか、本発明による加湿器を備える。試験室のさらに有利な実施形態は、請求項１の装置を参照する従属請求項から引き出すことができる。

本発明による加湿器を用いて試験室、特に気候室などの試験空間の空気を調節する方法では、水槽を、加湿器の温度制御システムの加熱装置によって、加湿器の容器の容器内部に収容し、温度を制御し、加湿器の換気システムによって水槽内に気泡を発生させ、水槽の上方の試験室の試験空間に容器内部を接続する容器内に容器開口を形成する。水槽は、加湿器の温度制御システムの冷却装置によって温度が制御される。

本発明による加湿器の利点の説明は、本発明による方法の有利な効果について言及する。これによれば、水槽の温度は冷却装置により追加的に制御され、これにより、水槽を迅速に冷却することができ、ひいては露点温度が比較的低い飽和空気を発生させることができる。

水槽は、加熱装置及び冷却装置によって、１０℃〜１００℃、好ましくは２℃〜１００℃の範囲の温度に温度を制御することができる。特に、低空気温度であっても、試験と試験の間に試験空間、厳密にいうとその空気湿度を調節するか、厳密にいうと具体的に制御するために、低い水温を用いることができる。さらに、試験空間の除湿には冷気を用いることができる。逆に、水槽が充分に加熱され、水が沸騰し、次に加湿器が蒸気発生器の一種として使用されるようにすることも可能である。加湿器の換気システムを介して水槽内に気泡が発生すると、例えば、換気システムのポンプを介して容器内部に常に空気が供給される。この空気は次に、空気ダクト又はチューブを介して試験空間に供給される。例えば、空気は、分圧の差を介して容器内部と試験空間との間で給送することができる。場合によっては、例えば、換気装置を用いて、容器内部から試験空間への空気流を具体的に形成することも可能である。

加熱装置の熱交換器及び冷却装置の熱交換器をそれぞれ、加湿器のフローシステムのダクトにて水槽内に配置することができる。水槽の総量の水の部分的な量の水では、対応する熱交換器によって各ダクト内で温度を制御することができる。部分的な量の水は、水槽の総量の水又は残量の水の５分の１、１０分の１以下であってもよい。このため、水槽中の気泡によって飽和エアロゾルを含まない空気を発生させるために、総量の水の一部分の温度を制御すれば既に充分である。それぞれの部分的な量の水の温度を制御することによって、空気を調節するときに応答時間、厳密にいうと加湿器の動態を実質的に改善することができる。

その結果、部分的な量の水は、総量の水の残量の水の温度から大幅にずれた温度で制御することができる。この制御が必要であれば、部分的な量の水を残量の水と混合することを開始する換気システムによって、部分的な量の水の温度を残量の水で迅速に補うことができる。

ダクトの中空形状内にて水槽内で上昇する換気システムによって、ある量の気泡を発生させることを意図することができる。中空形状の上端縁が水槽の水位より上に配置される。次に、気泡は、温度制御された部分的な量の水にて原則的に自ら上昇し、その結果、温度制御された部分的な量の水のみが原則的に飽和空気を生成するために使用され得る。

気泡は、部分的な量の水の中で上昇し、中空形状の外側の水位に対して中空形状内の水位を上昇させることができる。中空形状内の水位の上昇が中空形状の上端縁より上に上がらない限り、部分的な量の水と残量の水との混合を、ほとんど排除することができる。水槽のために設定された温度に応じて、空気の露点温度、厳密にいうと気泡を介して逃げる空気の量をきわめて正確に設定することができる。このため、試験空間内に飽和空気の流れを供給することによって、試験空間内の相対空気湿度のきわめて高い時定数を保証することが可能になる。

気泡はこのほか、部分的な量の水が総量の水の残量の水と混合されるように、部分的な量の水の中で上昇し、部分的な量の水を中空形状から中空形状の上端縁を介して給送することができる。残量の水と混合されることにより、残量の水の温度は、非常に迅速に低下させることも上昇させることもできる。特に、部分的な量の水が、残量の水と比較して実質的に少ない場合、部分的な量の水の温度は、原則として残量の水の温度に数秒で調節することができる。中空形状の上端縁を介して溢れ出す部分量の水に依存する混合の強度に応じて、混合を徐々に実施することも迅速に実施することもできる。

エアロゾルを含まない空気、好ましくは飽和エアロゾルを含まない空気を、温度制御システムによって１０℃〜１００℃、好ましくは２℃〜１００℃の範囲の温度で発生させることを意図することができ、換気システムは、容器開口を介して試験空間に搬送される。蒸気が発生するのを防止する圧力が容器内部に存在するのが好ましい。さらに、空気の量は、試験空間で要求される露点温度の関数として調節される。達成する露点温度が高い場合、露点温度を充分に一定に制御するために、換気システムを用いて給送される空気の量を例えば０．１ｍ³／ｈ〜０．２ｍ³／ｈに減少させることができる。

これとは別に、試験空間はこのほか、試験空間内の開放正圧弁を介して除湿することができ、エアロゾルを含まない空気を、温度制御システムと換気システムとによって２℃〜３０℃、好ましくは２℃〜１０℃の範囲の温度で発生させ、容器開口を介して試験空間に給送する。特に、空気の温度がエアロゾルを含まない空気の温度よりも試験空間では高い場合、エアロゾルを含まない空気は依然として水を吸収して、正圧弁を介して試験空間から給送される。除湿又は特定の通気のための試験空間内の水の凝縮はもはや必要ではない。この除湿方法により、特定の露点温度を試験空間内で非常に正確に設定することができる。

この方法の別の実施形態では、エアロゾル含有空気、特に蒸気を、温度制御システム及び換気システムによって部分的な量の水を沸騰させることによって、加熱装置の熱交換器を用いて発生させ、容器開口部を介して試験空間に給送する。部分的な量の水の中に気泡を発生させることによって、部分的な量の水から蒸気を排出することをさらに促進することができる。しかし、加湿器を、加圧されていない蒸気加湿器として使用し、気泡を発生させないことは一般に可能である。試験空間に蒸気を供給することにより、非常に高い加湿器の性能を達成することができる。この方法の変形例は、＋１２℃以上の露点温度に対して有利に使用することができる。ほかにも、例えば、試験空間内にて相対空気湿度を高くするために蒸気を形成し、続いて所望のレベルの相対空気湿度を維持及び制御するために試験空間内のエアロゾルを含まない空気を給送することにより、一連の方法のさまざまな変形例を使用することが特に有利である。加圧されていない蒸気加湿器として作動する場合、発生する可能性のある試験空間内の水の損失は、分圧の差によってのみ補償することができる。この場合、換気システムが作動している必要はないことから、加湿器は、特に水を節約し、エネルギー効率が良いように操作することができる。

容器内部から試験空間への空気流を、容器内部と試験空間との間の換気システムによって生成された分圧の差によって実現することができる。次に、換気システムの給送量、厳密にいうと換気システムのポンプが、試験空間に供給される空気流量又は空気量を決定する。この給送量を制御すると、空気の露点温度以外に試験空間内の相対空気湿度を設定するのに役立つ。

試験空間内の容器内部から試験空間内の換気装置にて試験空間に空気流を供給することができる。次に、例えば、試験空間の冷たい表面に蒸気が凝縮することなく、試験空間に蒸気を供給することが可能になるであろう。換気装置は、試験空間内の空気と容器内部からの蒸気又は空気流とを集中的に混合させ、その結果、蒸気の凝縮が防止され、相対空気湿度又は露点温度それぞれが試験空間内で迅速に上昇する。

有利なことには、加湿器の制御装置によって、ある期間の試験空間内の湿度定数を、相対空気湿度の±１％未満の許容誤差で制御することができる。

本方法のさらに有利な実施形態を、請求項１の装置を参照する従属請求項の特徴の説明から導き出すことができる。

以下では、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をさらに説明する。
異なる動作モードの加湿器の第１の実施形態の概略断面図。 異なる動作モードの加湿器の第２の実施形態の概略断面図。 異なる動作モードの加湿器の第２の実施形態の概略断面図。

図１ａ〜図１ｂの概要は、（この例では図示しない）試験室、厳密にいうと試験空間のための加湿器１０を示しており、加湿器１０は、水槽１３を収容する容器内部１２を有する容器１１と、水槽１３内の温度を制御する加熱装置１５及び冷却装置１６を有する温度制御システム１４と、から作成される。さらに、加湿器１０は、水槽１３内で気泡１８を発生させる換気システム１７を備える。

加熱装置１５は、抵抗加熱要素２０の加熱コイル１９を備え、加熱コイル１９は水槽１３内に位置決めされる。冷却装置１６は、冷媒が循環するチューブ２２から作成される冷却コイル２１を備える。冷却コイル２１も水槽１３内に配置される。換気システム１７は、加熱装置１５又は冷却装置１６にそれぞれ空間的に割り当てられた２つの換気装置２３及び２４を備える。換気装置２３及び２４の各々は、円板状の多孔質膜２５と圧縮空気ライン２６とから形成される。圧縮空気ライン２６はそれぞれ、換気システム１７の（この例では図示しない）ポンプに接続され、互いに個別に圧縮空気を供給することができる。各多孔質膜２５は、水槽１３の水位２７に対して、加熱コイル１９又は冷却コイル２１の直下に配置される。

容器１１では、容器開口２８が、水位２７の上方に形成され、容器１１を（この例では図示しない）試験空間に接続する空気ダクト２９に移行する。空気ダクト２９が原則として容器内部１２を試験空間に圧力なしで接続するように、空気ダクト２９内には弁又は類似の装置を設けない。さらに、加湿器１０は、（この例では図示しない）充填レベルセンサのほか、供給弁３０及び排出弁３１を備える。水、特に脱塩水を、供給弁３０を介して容器内部１２に投入することができる。水槽１３の水は、排出弁３１を用いて容器内部１２から排出することができる。蒸気のために水が損失する場合であっても水を添加することによって、水位２７の高さを原則として一定に保つことができる。さらに、例えば保守点検のために水槽１３を完全に排水することが可能である。

図１ｂに見られるように、換気装置２４の多孔質膜２５を圧縮空気で加圧すると、気泡１８が多孔質膜２５から水位２７まで水槽１３内で上昇し、加熱コイル１９は、この場合、気泡１８によって包み込まれるか取り囲まれる。容器内部１２の圧縮空気ライン２６を介して供給された空気は、容器開口２８を介して容器内部１２から流出し、試験空間に入る。この空気は、水槽１３を通って気泡１８の形態で取り込まれるため、水槽１３の温度に応じて温度制御され、水分で飽和され、その結果、試験室内に流入する空気はエアロゾルを含まないものとなる。加湿器１０の（ここでは図示しない）制御装置を用いて温度制御システム１４及び換気システム１７を制御することにより、飽和空気の露点温度を非常に正確に設定することができるように、水槽１３の温度を設定することができる。加湿器１０の性能を、必要に応じて、換気システム１７のポンプを介して空気の給送量を制御することによって、設定された露点温度と共に非常に正確に制御することができる。空気の露点温度を下げるために、例えば、換気装置２３を用いて加熱装置１５を停止させることができ、換気装置２４を用いて冷却装置１６を停止させることができ、その結果、水槽１３の温度、ひいては空気の露点温度が低下する。

加湿器１０を、加圧しない蒸気加湿器の一種として使用することも一般に可能である。次いで、水槽１３は、加熱コイル１９によって水の沸点まで加熱され、次に、このようにして発生した蒸気は空気ダクト２９を介して試験空間に給送することができる。これにより、加湿器１０の非常に高い性能を実現することができる。この性能は、換気システム１７のポンプが沸騰手順の間に起動され、換気装置２３又は２４それぞれを介して水槽１３に空気が注入される場合、さらに向上させることができる。このため、水槽１３の乱流の程度が増大すると、発生した蒸気が容器内部１２から排出されるように改善される。

加湿器１０は、この例では図示しない制御装置と共に、（こちらもこの例では図示しない）試験室制御回路と、温度及び／又は相対空気湿度を測定するセンサを有する加湿器制御回路とを備える。試験空間の湿度及び／又は温度を制御するために、試験室制御回路は、カスケード制御の範囲内で加湿器制御回路に結合され、試験室制御回路は誘導コントローラとして実現され、加湿器制御回路は、追従コントローラとして実現される。次に、水槽１３は、大量の暖かい飽和空気が試験空間に迅速に供給されることになる場合、例えば、初期段階で過熱状態になることがある。試験空間はこのほか、非常に冷たい飽和空気を試験空間に供給することによって、制御装置を介して除湿することもできる。このとき試験空間で加熱された空気は、水で富化され、必要であれば試験空間の試料の汚染物質と併せて、試験空間の正圧弁を介して環境中に放出され得る。

図２ａ〜図２ｄの概要は、図１の加湿器とは対照的に、いずれの場合も加熱コイル１９及び冷却コイル２１にそれぞれ配置されたフローシステム３３を備える加湿器３２の別の実施形態を示す。フローシステム３３は、それぞれ開放されている上端部３５と下端部３６とを有するダクトを形成する。ダクト３４内には、加熱コイル１９と冷却コイル２１とがそれぞれ配置される。ダクト３４は、下端部３６で拡径されたチューブ３７によって形成される。上端部３５は、水位２７をわずかに突出、即ち、数センチメートル突出している。

図２ｂに見られるように、水槽１３はこのほか、冷却装置１６の例に示すように、換気装置２４を介して気泡１８を用いて通気される。気泡１８は、下端部２６にて拡径されるチューブ３７を介してダクト３４に入るが、その結果、冷却コイル２１は、ダクト３４を通って上部に流れる気泡１８によって密接に囲まれる。その結果、気泡は具体的には、水槽１３の総量の水３９の部分的な量の水３８を通って流れる。また、これにより、気泡１７が流れない水槽１３内の残量の水４０と比較して、水位２７がチューブ３７の中で上昇する。部分的な量の水３８は、冷却コイル２１によって所望の方法で温度制御され、その結果、所望の露点を有する飽和空気を発生させるために、この例では総量の水３９を温度制御する必要がない。部分的な量の水３８は、残量の水４０又は総量の水３９よりもはるかに少ないため、部分的な量の水３８も、総量の水３９よりもはるかに迅速に温度を制御することができ、その結果、加湿器３２は、図１の加湿器と比較して、同じ量の空気を発生させながら、エネルギー効率が高く、可能な限り動的に温度を変化させるように、フローシステム３３によって作動させることができる。

図２ｃから分かるように、気泡１８が部分的な量の水３８の水をチューブ３７の上端部３５を越えて給送し、それによって、部分的な量の水３８を残量の水４０と混合させるチューブ３７の流れを形成する程度に、換気装置２４からの空気の量を増大させることができる。例えば、部分的な量の水３８の温度が比較的低く、残量の水４０の温度が比較的高い場合には、両方の温度を迅速に調節することができ、ひいては部分的な量の水３８の温度を迅速に変化させることができる。このため、試験と試験の間で加湿器３２を使用して、大幅にずれた露点温度を有する空気をわずか数秒の間に発生させることが可能となる。

図２ｄは、残量の水４０がそれぞれの部分的な量の水３８と完全に混合されるように換気装置２３及び２４が動作している間の加湿器３２を示す。

Claims (23)

1. 試験室のための加湿器（１０、３２）であって、
   前記加湿器は、
   水槽（１３）を収容する容器内部（１２）を有する容器（１１）と、
   前記水槽の温度を制御する温度制御システム（１４）の加熱装置（１５）と、
   前記水槽にて気泡（１８）を発生させる換気システム（１７）と、
   前記容器内部を試験室の試験空間に接続するために前記水槽の上方の前記容器に形成される容器開口（２８）と、を具備する加湿器であって、
   前記加湿器は、前記温度制御システムの冷却装置（１６）を具備し、
   前記換気システム（１７）の換気装置（２３、２４）は、前記加熱装置（１５）と前記冷却装置（１６）とにそれぞれ空間的に割り当てられており、かつ、
   前記加熱装置（１５）及び前記冷却装置（１６）はそれぞれ、前記水槽（１３）に配置される熱交換器（１９、２１）を有することを特徴とする、加湿器。
2. 前記換気装置（２３、２４）はそれぞれ、空気出口を有する圧縮空気ライン（２６）と、いずれの場合にも前記空気出口を形成し、前記加熱装置（１５）と前記冷却装置（１６）とのそれぞれの下に配置される多孔質膜（２５）と、を具備することを特徴とする、請求項１に記載の加湿器。
3. 前記多孔質膜（２５）は円板形状であることを特徴とする、請求項２に記載の加湿器。
4. 前記加湿器（３２）は、前記容器（１１）に配置されるダクト（３４）を具備するフローシステム（３３）を具備し、前記ダクト（３４）の上端部（３５）及び前記ダクト（３４）の下端部（３６）は開放されており、前記熱交換器（１９、２１）は前記ダクトに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の加湿器。
5. 前記ダクト（３４）は中空形状（３７）によって形成され、前記上端部の上端縁が前記水槽（１３）の水位（２７）の上方に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の加湿器。
6. 前記加熱装置（１５）の前記熱交換器（１９）及び前記冷却装置（１６）の前記熱交換器（２１）はそれぞれ、前記中空形状（３７）内に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の加湿器。
7. 前記換気システム（１７）の換気装置（２３、２４）はそれぞれ、前記ダクト内に配置されるか前記ダクトの下に配置され、前記ダクト（３４）は、前記水槽（１３）の気泡（１８）の大部分が前記ダクト内で上昇するように実現されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の加湿器。
8. 前記加湿器（１０、３２）は、充填レベルセンサと、供給弁と、排出弁とを具備することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の加湿器。
9. 前記加湿器（１０、３２）は、試験室制御回路と加湿器制御回路とを有する制御装置を具備し、前記試験室制御回路は、前記試験空間にて相対空気湿度を測定する湿度センサを具備し、前記試験空間内の湿度を制御するのに役立ち、前記加湿器制御回路は、前記水槽（１３）内の温度を測定する温度センサ及び／又は前記容器内部（１２）の相対空気湿度を測定する湿度センサを具備し、前記容器内部の湿度及び／又は温度を制御するのに役立ち、前記制御装置は、誘導コントローラとしての前記試験室制御回路と追従コントローラとしての前記加湿器制御回路とを有するカスケード制御として実現されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の加湿器。
10. 環境に対して封止される、試験材料を受容する温度絶縁試験空間のほか、請求項１〜９のいずれか１項に記載の加湿器（１０、３２）を具備する、空気を調節する試験室。
11. 加湿器（１０、３２）を用いて試験室の試験空間の空気を調節する方法であって、
    水槽（１３）が前記加湿器の容器（１１）の容器内部（１２）に収容され、前記水槽の温度は、前記加湿器の温度制御システム（１４）の加熱装置（１５）によって制御され、気泡（１８）を前記加湿器の換気システム（１７）によって前記水槽内に発生させ、前記容器に形成される容器開口（３８）が前記容器内部を前記水槽の上方の試験室の試験空間に接続する方法であって、
    前記水槽の温度は前記加湿器の前記温度制御システムの冷却装置（１６）によって制御され、
    前記換気システム（１７）の換気装置（２３、２４）は、前記加熱装置（１５）と前記冷却装置（１６）とにそれぞれ空間的に割り当てられており、かつ、
    前記加熱装置（１５）及び前記冷却装置（１６）はそれぞれ、前記水槽（１３）に配置される熱交換器（１９、２１）を有することを特徴とする、方法。
12. 前記水槽（１３）の温度は、前記加熱装置（１５）及び前記冷却装置（１６）によって、１０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲の温度に制御されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記加熱装置（１５）の熱交換器（１９）及び前記冷却装置（１６）の熱交換器（２１）のそれぞれが前記水槽（１３）内にて前記加湿器（３２）のフローシステム（３３）のダクト（３４）に配置され、前記水槽の総量の水（３９）の部分的な量の水（３８）は、前記熱交換器のそれぞれによって前記ダクトのそれぞれの中で温度が制御されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記部分的な量の水（３８）は、前記総量の水（３９）の残量の水（４０）からずれた温度によって温度が制御されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記気泡（１８）は、前記水槽（１３）にて前記ダクト（３４）の中空形状（３７）内で上昇し、前記中空形状の上端縁が前記水槽の水位（２７）の上方に配置されることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記気泡（１８）は、前記部分的な量の水（３８）内で上昇し、前記水位（２７）を、前記中空形状（３７）内で前記中空形状の外側の水位に対して上げることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記気泡（１８）は、前記部分的な量の水（３８）内で上昇し、前記部分的な量の水が前記総量の水（３９）の残量の水（４０）と混合されるように、前記部分的な量の水を前記中空形状から前記中空形状（３７）の前記上端縁を越えて給送することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. エアロゾルを含まない空気を、１０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲の温度で、前記温度制御システム（１４）及び前記換気システム（１７）によって発生させ、前記容器開口（２８）を通って前記試験空間に給送することを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記試験空間は、前記試験空間の開放正圧弁を介して除湿され、エアロゾルを含まない空気を、前記温度制御システム（１４）及び前記換気システム（１７）によって２°Ｃ〜３０°Ｃの範囲の温度で発生させ、前記容器開口（２８）を通って前記試験空間に給送することを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
20. エアロゾル含有空気を、前記加熱装置（１５）の前記熱交換器（１９）を用いて、前記温度制御システム（１４）及び前記換気システム（１７）によって前記部分的な量の水（３８）を沸騰させることによって発生させ、前記容器開口（２８）を通って前記試験空間に給送することを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記容器内部（１２）から前記試験空間への空気流が、前記換気システム（１７）によって発生する分圧の差によって、前記容器内部（１２）と前記試験空間との間で実現されることを特徴とする、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記容器内部（１２）から前記試験空間への空気流が前記試験空間に配置された換気装置にて前記試験空間に導入されることを特徴とする、請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 湿度定数が、前記加湿器（１０、３２）の制御装置によって、前記試験空間にて相対空気湿度の±１％未満の許容誤差で制御されることを特徴とする、請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の方法。

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