JPH11141955A - 水温制御加湿式環境試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境試験装置の加湿制御性を向上させる。 【解決手段】 環境試験装置は、通常の構成であるヒー
タ１ａを内蔵した加湿器１及びこれから発生した蒸気を
本体部分の試験室３に供給する蒸気ホース２等に加え
て、加湿ラインに空気を循環させるための補助送風機
４、自動開閉弁５、これらを低湿運転条件時等に作動さ
せる低湿制御部６１、これが設けられた全体的な操作制
御装置６、等で構成されている。 【効果】 低湿運転条件等において加湿器内の水が飽和
温度以下になっているときに、試験室内の空気を加湿ラ
インに循環させることにより、水の自然蒸発を促進して
必要な蒸発量を得ることができる。これにより、ある程
度加湿出力に対応した加湿蒸気が得られ、試験室の湿度
制御性を良好にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湿度制御される対
象空間の外部に蒸気加湿器を備えこれから管路を介して
前記対象空間に蒸気を供給するようにした恒温恒湿器等
の低湿から高湿まで幅広い湿度範囲に制御される環境試
験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境試験装置では、従来、試験室及び空
調室を備えた本体部と、これとは別に蒸気シリンダから
成るボイラ式の加湿器を設け、加湿ヒータの出力を制御
し、出力に対応してシリンダ内の水を蒸発させ、その水
蒸気を配管を介して本体部に導入することにより、試験
室内の湿度を調整するようにしたものがある。環境試験
装置にこのようなボイラ式加湿器を使用すると、本体内
の最適位置に蒸気を供給でき湿度の制御性が良くなるこ
と、本体内における加湿器の設置位置の制約が解消され
て配置上の自由度が増すこと、本体構造の小型化や簡素
化が図られること、水の自然蒸発が殆どないため極めて
低湿な運転条件時の除湿負荷を軽減できること、パン皿
式加湿器のように室内の壁面等から落下した水が流入し
ないため蒸気シリンダ内の水がクリーンな状態に維持さ
れること、等の多くの利点がある。

【０００３】ところが、通常の低湿運転条件では、加湿
負荷が小さくヒータ出力が０又は小値になることが多い
ため、加湿器内の水温が下がり、図３に示すように湿度
の制御性が悪くなるという問題がある。即ち、低湿条件
で試験室内の湿度Ｈpvが設定湿度Ｈsvより大きく加湿出
力Ｗが０のときには、放熱等によって加湿器内の水が飽
和温度である１００℃以下に温度低下する。このときに
は、水が沸騰蒸発しないため、蒸気発生量が極めて少な
くなる。

【０００４】ＨpvがＨsv以下に低下すると、加湿出力Ｗ
が生じ、湿度偏差Ｈpv−Ｈsvの値に対応して次第にＷの
値が大きくなる。これにより、１００°Ｃ以下に低下し
た加湿器内の水温ｔが次第に上昇する。しかし、ｔが１
００°Ｃになるまでは、水が沸騰せず蒸発量Ｇは極めて
少ない。そのため、加湿出力Ｗが大きくなっても偏差が
拡大し、出力Ｗも更に大きくなる。そして、水が飽和温
度に到達すると、沸騰によって蒸発量が急増する。この
場合、加湿器の容量は通常最大加湿量のときを基準にし
て定められるので、低湿時には放熱量が多くなり、再沸
騰までの時間が長くなる。このときには、大きくなった
加湿出力に対応して蒸発量が多くなり、試験室には多く
の水蒸気が供給される。

【０００５】ところが、試験室に必要な加湿負荷は本来
少ないため、多量に持ち込まれた水蒸気によってＨpvが
設定値Ｈsvよりも持ち上がってしまう。その結果、再び
加湿出力０の状態がある程度継続し、水温が低下し、次
に加湿出力が発生したときに、水の沸騰までに時間がか
かって直ちに蒸気を供給できないという現象が再現され
る。その結果、加湿器オン／オフ制御に近い状態になっ
て試験室の湿度が常に周期的に変動し、湿度制御性が悪
くなり、精度の良い環境試験を行うことができないとい
う問題があった。

【０００６】

【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、湿度制御される対象空間の湿度
制御性を良くすると共に、構造の小型簡素化等を図るこ
とができる環境試験装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【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、湿度制御される対象空間の外部に蒸気発生
部を備えこれから管路を介して前記対象空間に蒸気を供
給するようにした環境試験装置において、前記対象空間
の気体を導入して前記蒸気発生部に気体を供給する気体
供給手段と、前記蒸気発生部内の水が大気圧における飽
和温度より低い温度になっている所定時期に前記気体供
給手段を作動させるように制御する制御手段と、を有す
ることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した環境試験
装置の構成例を示す。環境試験装置は、湿度制御される
対象空間としての試験室３の外部に蒸気発生部としての
蒸気シリンダから成りヒータ１ａを内蔵した加湿器１を
備え、これから管路としての蒸気ホース２を介して試験
室３に蒸気を供給するようにした装置で、加湿器１と共
に加湿系を構成する気体供給手段としての補助送風機４
及び自動開閉弁５を有する。試験室３は操作制御装置６
によって温度及び湿度を制御される。又、本例では補助
送風機４の出口に逆止弁７を設け、加湿器１内で水の沸
騰によって内圧が上がっときの蒸気の逆流を防止し、補
助送風機４等の安全性を確保している。

【０００９】環境試験装置の本体部では、試験室３に隣
接して空調室８が設けられ、その中には、冷却及び除湿
用の蒸発器９ａ及びこれに冷媒を送る冷凍機９、加熱器
１０、加湿器１から供給される蒸気を導入して発散させ
る蒸気発散部１１、試験室３と空調室８との間で空気を
循環させる送風機１２等が配設されている。試験室３に
は温湿度制御用の温度センサ１３及び湿度センサ１４が
設けられ、これらと前記操作制御装置６とにより、試験
室３が低湿条件を含み低温低湿から高温高湿まで広範囲
な温湿度に制御される。

【００１０】操作制御装置６には、加湿器１内の水が大
気圧における飽和温度である１００℃より低い温度にな
っている所定時期に気体供給手段を作動させるように制
御する制御手段としての低湿制御部６１が設けられてい
る。これにより、補助送風機４の発停、自動開閉弁５の
開閉、又はこれらを組合せ、所定時期に試験室３の空気
を加湿器１に導入し、加湿ラインの空気循環を行うこと
ができる。

【００１１】操作制御装置６では、「温湿度範囲による
ゾーン分け運転」、「加湿出力範囲によるゾーン分け運
転」、「手動操作」等を適宜選択して運転できるように
なっている。このような運転条件のうち例えば相対湿度
３０％程度以下の低湿運転時には、加湿出力が０又は小
さい値で推移し、加湿器１内の水が飽和温度以下に低下
していることが多い。従って、低湿制御部６は、このよ
うな低湿運転条件のときに補助送風機４を運転し、加湿
ラインの空気循環を行う。但し、加湿器１に温度センサ
を設け、内部の水の温度が例えば飽和温度より数度℃低
下しているときに空気循環させるようにしてもよい。

【００１２】又、上記のように、加湿器内の水温低下時
には常に補助送風機４を運転するようにしてもよいが、
このような条件に加えて、ヒータ１ａがオンになってい
るときに加湿ラインを空気循環させるようにしてもよ
い。即ち、ヒータ１ａのオン／オフに連動して補助送風
機４を発停させたり、補助送風機４を低湿時連続運転に
して、ヒータオン／オフ時に自動開閉弁を開閉させるよ
うにしてもよい。又、設定湿度が極めて低いときには加
湿出力があっても補助送風機を停止させるようにしても
よい。

【００１３】このように、加湿ラインを空気循環させる
所定時期は、必要時期に加湿器内の水の自然蒸発を促進
させると共に、不要時に補助送風機等の作動を停止して
余分な電力消費や試験室の温度制御への影響をできるだ
け回避可能なように定められる。なお、加湿すべき対象
空間や装置によっては、補助送風機等を手動発停させる
ことも可能である。

【００１４】補助送風機４は、本例では試験室３の底部
で空調室８への出口部３ａから試験室３内の空気を吸引
している。このようにすれば、試験室内の空気と同じ温
度の空気を吸入し、加湿器を介して再び試験室３に導入
するので、試験室内の温度の制御性を良好に維持するこ
とができる。

【００１５】加湿器１には、通常その水面Ｓ上に空気が
導入される。これにより、水面上に発生した水蒸気を積
極的に持ち去る。その結果、後述するように、水面から
の水の自然蒸発が促進される。なお、加湿器１が円筒形
の場合にその接線方向に空気を導入し、サイクロン現象
を利用して負圧効果によって蒸発量を増加させるように
してもよい。又、水面下に空気を導入し、上昇する気泡
で水との接触面積を増やし、水蒸気の随伴量を増やすよ
うにしてもよい。

【００１６】加湿器１から供給される蒸気は試験室３に
導入されればよいが、本例では上記の如く、空調室８内
の送風機１２の吸入側に設けられた蒸気発散部１１を介
して試験室３に供給している。そのため、補助送風機４
は風圧の小さいものでよい。この場合、加湿器１の吸入
側である前記試験室出口部３ａの圧力と出口側である蒸
気発散部１１との間で差圧がある程度以上確保されるよ
うな装置であれば、補助送風機４を省略し、自動開閉弁
５の開閉によって加湿器系への空気の循環又は停止を行
うことも可能である。なお、加湿器１の水面Ｓの面積は
環境試験装置本体や試験室と較べて十分小さいので、水
面Ｓ上である程度の風速を得るとしても、加湿器１に導
入する空気は少量である。従って、補助送風機４は十分
小型のもので足りる。なお、加湿器１や補助送風機４が
説明上大きく示されていることは言うまでもない。

【００１７】以上のような環境試験装置は次のように運
転される。操作制御装置６では、試験室３内の温湿度を
設定して諸機器を運転制御できるようになっていて、加
湿器１、冷凍機９、加熱器１０、送風機１２等が運転さ
れ、温度センサ１３及び湿度センサ１４で温湿度が測定
され、加湿器及び加熱器の出力や必要時期に冷凍能力が
制御され、試験室内が設定した温湿度に調整されて運転
されている。そして、例えば「温湿度範囲によるゾーン
分け運転」、「加湿出力範囲によるゾーン分け運転」、
「手動操作」等において、低湿運転条件以外のときに
は、加湿器循環ラインの補助送風機４が停止している。

【００１８】そのようなときには平均的加湿出力がある
程度大きいため、加湿器１内の水が飽和温度に到達して
いて、沸騰蒸発した蒸気は、その分圧増加によって開放
されている蒸気発散部１１に到達してこれから発散さ
れ、送風機１２で吸引されて試験室に送られる。そし
て、このときの発生蒸気量は加湿ヒータ１ａの出力にほ
ぼ対応した量になる。

【００１９】低湿条件時には、補助送風機４が運転され
自動開閉弁５が開かれる。これにより、試験室３内の空
気が吸引されて加湿器１に送られ、加湿器１の水面Ｓ上
を例えば５ｍ／sec 程度の流速で通過し、発生蒸気を随
伴して蒸気ホース２から送り出される。その結果、加湿
器１内の水温が１００°Ｃ以下に低下しているときで
も、自然蒸発が促進されてある程度の蒸気量が確保され
る。

【００２０】このようなときの水蒸気の自然蒸発量Ｗ
は、一般に、 Ｇ＝Ｃ・（Ｅｗ−Ｅａ）・Ａ （kg /ｈ) −−−−−−（１） という式によって与えられる。ここで、 Ｃ：風速による定数で、例えば５m/s では、約 0.1（kg
/mmHg・m²・ｈ) Ｅｗ：水温に対応する飽和蒸気圧（mmHg）で、１００℃
なら７６０（mmHg）、９０℃では約５２６（mmHg） Ｅａ：通過空気の水蒸気分圧（mmHg）で、例えば２０
℃、３０％ＲＨでは約６（mmHg） Ａ：水面の面積（ｍ² ）で、例えばシリンダ径140mm で
は約 0.015ｍ²である。

【００２１】この式を用いて計算すると、例えば水温が
飽和温度の１００℃に近いとき及び９０℃程度のときに
は、蒸発量Ｇはそれぞれ約１．１６ kg/h 及び０．８ k
g/hになる。そして、加湿ヒータ１ａの１００％出力を
例えば４ＫＷ（５．４ kg/hの蒸発量に相当) とする
と、上記蒸発量はそれぞれ加湿出力の約２０％及び１５
％に相当する。従って、低湿運転時に加湿出力がこの程
度の出力になっているときには、加湿出力に対応した蒸
発量が得られることになる。

【００２２】なお、補助送風機４を一定風量で運転する
ときには、加湿出力の如何にかかわらず、水温によって
蒸発量が定まるので、加湿出力が蒸発量に対応する出力
以上のときには、自然蒸発と共に水温も上昇し、水温上
昇に伴って自然蒸発量も増加し、飽和温度に到達すると
沸騰によって加湿出力相当分の蒸発量が得られることに
なる。従って、このような補助送風機の一定風量運転で
は、加湿出力に対応した蒸発量にはならないとしても、
ある程度それに近い蒸発量が得られる。その結果、従来
の加湿器のように、蒸発量０に近い状態から飽和温度に
到達して蒸発量が急変する制御に較べて、湿度制御性を
大幅に向上させることができる。なお、補助送風機の風
量制御、自動開閉弁５の開度制御、追加ダンパーの開度
制御等を適宜採用することにより、制御性を一層良好に
することが可能である。

【００２３】図２は以上のような環境試験装置の加湿系
による加湿量の変化状態の一例を示す。図において実線
及び鎖線は、それぞれ上記加湿系及び従来の加湿器の場
合の加湿量である。図示の如く、従来の加湿器による制
御では、飽和温度までは殆ど加湿量が得られず、飽和温
度の近傍から急激に加湿量が増加するため、加湿量変化
に連続性がない。その結果、試験室の湿度が安定せず、
既述の如く制御性が悪くなっていた。これに対して、本
発明を適用した加湿系では、加湿器内の水が飽和温度に
到達するまでにも適度の加湿量が得られ、飽和温度に到
達したときの加湿出力が例えば２０％程度であったとす
れば、これに到達する前後でほぼ連続した加湿量が得ら
れる。そして、それ以後の加湿出力に対応した加湿量線
に連続的に移行し、加湿制御性が向上される。

【００２４】以上のように、本発明の環境試験装置によ
れば、低湿運転条件等において加湿出力が出ると補助送
風機４を運転することにより、自然蒸発が促進されて直
ちに適当な加湿量が得られ、試験室内に加湿蒸気が供給
されるので、湿度制御性を大幅に改善することができ
る。そして、従来装置の場合のように、加湿負荷がそれ
程大きくないのに湿度偏差や加湿出力が拡大し、制御が
不安定になるという不具合が解消される。

【００２５】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、環境試験装
置は、湿度制御される対象空間として試験室を形成する
本体の外部に蒸気シリンダ等から成る蒸気発生部を備
え、これから管路を介して試験室に蒸気を供給するよう
に構成されていると共に、蒸気発生部に気体を供給する
気体供給手段を有するので、これを作動させることによ
り、流速を持つ気体を気体発生部に流し、水面からの水
蒸気の自然蒸発を促進させることができる。

【００２６】その結果、試験室が低湿条件になっていて
シリンダ内の水が飽和温度以下の温度になっているとき
でも、自然蒸発による蒸気を試験室に供給することがで
きる。そして、仮想的な加湿出力の増大を阻止し、湿度
制御性を向上させることができる。又、このようにして
ボイラ式加湿器における湿度制御性の問題を解決し、こ
の種の加湿器を採用することに伴う環境試験装置本体構
造の小型簡素化等の種々の効果を享受することができ
る。

【００２７】気体供給手段は、試験室の気体を導入して
蒸気発生部に供給するようにするので、試験室内の温度
乱れを防止し、温度制御に対する影響を回避することが
できる。又、蒸気発生部内の水が飽和温度より低い温度
になっている所定時期に気体供給手段を作動させるよう
に制御する制御手段を設けるので、環境試験装置の試験
室のように対象空間が低湿条件を含む湿度条件に制御さ
れていて、蒸気発生部内の水温が低下してい るときに
気体供給手段が作動され、自動的に必要な加湿量を供給
することができる。その結果、低湿条件等において対象
空間の湿度制御性を向上させることができる。

【００２８】一方、高湿条件等のときには、蒸気がほぼ
連続的に供給されることになるため、蒸気発生部内の水
はほぼ常時飽和温度になっていて、直ちに必要な蒸気を
発生できる状態にある。従って、上記制御手段によれ
ば、このようなときに気体供給手段を停止させることが
できるので、加湿出力に対応した蒸気を供給して制御性
を良好にすることができると共に、気体供給のための無
駄なエネルギーをなくし、省エネを図ることができる。

【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す説
明図である。

【図２】上記環境試験装置の加湿系の加湿量特性を示す
曲線図である。

【図３】従来のボイラ式加湿器における低湿運転条件時
の湿度制御性の一例を示す曲線図である。

【符号の説明】

１ 加湿器（蒸気発生部） ２ 蒸気ホース（管路） ３ 試験室（対象空間） ４ 補助送風機（気体供給手段） ５ 自動開閉弁（気体供給手段） ６１ 低湿制御部（制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿度制御される対象空間の外部に蒸気発
   生部を備えこれから管路を介して前記対象空間に蒸気を
   供給するようにした環境試験装置において、 前記対象空間の気体を導入して前記蒸気発生部に気体を
   供給する気体供給手段と、前記蒸気発生部内の水が大気
   圧における飽和温度より低い温度になっている所定時期
   に前記気体供給手段を作動させるように制御する制御手
   段と、を有することを特徴とする環境試験装置。