JPWO2010125998A1 - Steam measuring device - Google Patents

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浩志 伊與田
浩志 伊與田
井上 保
保 井上
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    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/62Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by psychrometric means, e.g. wet-and-dry bulb thermometers
    • G01N25/64Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by psychrometric means, e.g. wet-and-dry bulb thermometers using electric temperature-responsive elements

Abstract

簡易な構成で、結露などによりセンサが劣化するおそれが少なく、しかも、定性的な値の測定、あるいは処理条件の再現が可能な程度の測定ができる蒸気測定装置を提供する。このため、本発明の蒸気測定装置は、多孔質材料で形成される感湿部と、前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサとを有する蒸気測定装置であって、前記感湿部内に、水を供給する供給路と、前記感湿部内から、水を排出する排出路とを備えることを特徴とする。Provided is a vapor measuring device that has a simple configuration and is less likely to be deteriorated due to dew condensation or the like, and that can measure a qualitative value or a measurement that can reproduce processing conditions. For this reason, the vapor measuring apparatus of the present invention is a vapor measuring apparatus having a moisture sensitive part formed of a porous material and a first sensor for measuring a temperature in the vicinity of the surface of the moisture sensitive part. The wet section includes a supply path for supplying water and a discharge path for discharging water from the moisture sensitive section.

Description

本発明は、比較的簡単な構成で、常温から高温に渡って、室内空気の湿度から水蒸気のみを含むような幅広い湿度(水蒸気の濃度)の測定が可能な蒸気測定装置に関する。   The present invention relates to a vapor measuring apparatus capable of measuring a wide range of humidity (concentration of water vapor) including only water vapor from the humidity of room air from a room temperature to a high temperature with a relatively simple configuration.

乾燥装置や食品加工装置などのように高温で用いられる装置においても装置内の湿度を測定することが要求される。しかし、従来の常温で用いられる湿度センサは、高温での使用は困難である。特に、湿球部にガーゼ(不織布、ウィックと呼ばれるもの)を捲いた構造のものは、熱に弱い、100℃の熱水中で変性が起き得る、乾くと焦げるなどの問題がある。   Even in an apparatus used at a high temperature such as a drying apparatus or a food processing apparatus, it is required to measure the humidity in the apparatus. However, conventional humidity sensors used at normal temperature are difficult to use at high temperatures. In particular, a structure in which a gauze (nonwoven fabric, what is called a wick) is spread on the wet bulb has problems such as weakness to heat, denaturation in hot water at 100 ° C., and scorching when dry.

一方、高温で測定可能なセンサも開発されている(特許文献1、2参照)。しかし、これらのセンサは、高価である、あるいは水蒸気の結露などによりセンサが劣化や破損するなどの問題がある。このため、乾燥装置や食品加工装置などの、幅広い水蒸気濃度での測定が必要な装置や汚損や破損を生ずるおそれのある装置への利用は進んでいない。   On the other hand, sensors capable of measuring at high temperatures have been developed (see Patent Documents 1 and 2). However, these sensors are expensive, or have problems such as sensor deterioration or damage due to condensation of water vapor. For this reason, the utilization to the apparatus which needs to measure with a wide water vapor | steam density | concentration, such as a drying apparatus and a food processing apparatus, or an apparatus which may produce a stain | pollution | contamination and a breakage is not progressing.

これらの装置においては、品質の管理は経験的なものに依存し、処理条件の再現性に乏しかったり,制御が不十分で最適化されておらず、そのためにエネルギー効率も悪いという問題がある。   In these apparatuses, quality control depends on empirical matters, and there are problems that the reproducibility of processing conditions is poor, control is insufficient and not optimized, and therefore energy efficiency is poor.

また、研究開発等においては、手軽に絶対値の測定ができる湿度測定装置が要求される。一方、実際に製造等に用いられる装置では、定性的な値の測定、あるいは処理条件の再現が可能な程度の測定ができ、使用者が構造と原理を容易に理解でき、かつ安価な装置が求められる。しかし、現在の高温用の湿度測定装置では、このような要求に応えられていないという問題がある。
特開2001−201478号公報 特開2008−82993号公報
In research and development, a humidity measuring device that can easily measure absolute values is required. On the other hand, devices that are actually used for manufacturing, etc., can measure qualitative values or measure to the extent that processing conditions can be reproduced, and users can easily understand the structure and principle and are inexpensive. Desired. However, the current high-temperature humidity measuring apparatus has a problem that it does not meet such requirements.
JP 2001-201478 A JP 2008-82993 A

すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、結露などによりセンサが劣化するおそれが少なく、しかも、定性的な値の測定、あるいは処理条件の再現が可能な程度の測定ができる蒸気測定装置を提供することにある。   That is, the present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is a simple configuration, which is less likely to cause deterioration of the sensor due to condensation and the like, and is capable of measuring qualitative values or reproducing processing conditions. It is an object of the present invention to provide a vapor measuring apparatus capable of measuring to the extent possible.

本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、温度測定が可能で熱的に安定な多孔質材料を感湿部とし、感湿部に水を外部から適切に供給あるいは排出しながら、感湿部表面近傍に水が存在している、あるいは水が蒸発している状態を保ちつつ、感湿部温度を測定することで、300℃を超える高温下においても、連続的に、かつ室内温度から過熱水蒸気に至る広い湿度範囲で測定が可能な蒸気測定装置を得て、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下のとおりである。   As a result of diligent examination of the above problems, the present inventors have made a porous material that is temperature-stable and thermally stable as a moisture-sensitive part, and while appropriately supplying or discharging water from the outside to the moisture-sensitive part, By measuring the temperature of the moisture sensitive part while maintaining the state where water is present near the surface of the wet part or the water is evaporating, the room temperature is continuously increased even at a high temperature exceeding 300 ° C. A steam measuring device capable of measuring in a wide humidity range from superheated steam to superheated steam was obtained, and the present invention was completed. That is, the present invention is as follows.

本発明の蒸気測定装置は、多孔質材料で形成される感湿部と、前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサとを有する蒸気測定装置であって、前記感湿部内に、水を供給する供給路と、前記感湿部内から、水を排出する排出路とを備えることを特徴とする。   The steam measuring device of the present invention is a steam measuring device having a moisture sensitive part formed of a porous material and a first sensor for measuring a temperature in the vicinity of the surface of the moisture sensitive part. And a supply path for supplying water, and a discharge path for discharging water from the inside of the moisture sensitive part.

また、本発明の蒸気測定装置は、多孔質材料で形成される感湿部と、前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサと前記感湿部の表面に存在する水分量を測定する第2のセンサとを有する蒸気測定装置であって、前記感湿部内に、水を供給する供給路と、前記感湿部内から、水を排出する排出路とを備えることを特徴とする。   In addition, the vapor measuring apparatus of the present invention includes a moisture-sensitive portion formed of a porous material, a first sensor that measures a temperature in the vicinity of the surface of the moisture-sensitive portion, and a moisture amount present on the surface of the moisture-sensitive portion. A steam measuring device having a second sensor for measuring, comprising: a supply path for supplying water into the moisture sensitive section; and a discharge path for discharging water from the moisture sensitive section. .

前記蒸気測定装置は、前記第2のセンサにより測定した水分量に基いて、水の供給または水の排出を制御する、制御部を備える。   The steam measuring device includes a control unit that controls water supply or water discharge based on the amount of water measured by the second sensor.

前記蒸気測定装置は、前記感湿部の周囲の気体の温度を測定する第3の温度センサを備えていてもよい。   The steam measuring device may include a third temperature sensor that measures the temperature of the gas around the moisture sensitive unit.

前記蒸気測定装置は、前記感湿部の表面に存在する水分層の外部の圧力を測定する圧力センサを備えていてもよい。   The steam measuring device may include a pressure sensor that measures a pressure outside a moisture layer present on the surface of the moisture sensitive portion.

前記蒸気測定装置は、前記第1の温度センサ、第3の温度センサ、および圧力センサからのデータを基に、水蒸気量を算出する。   The steam measurement device calculates a water vapor amount based on data from the first temperature sensor, the third temperature sensor, and the pressure sensor.

前記感湿部は、0.1μm〜10μmの細孔と10〜30μmの細孔とが混在した、セラミック多孔材料で形成されていると好ましい。   The moisture-sensitive part is preferably formed of a ceramic porous material in which 0.1 μm to 10 μm pores and 10 to 30 μm pores are mixed.

前記感湿部は、該感湿部の略中央部を貫通する水の流路が設けられているとよい。前記感湿部は、円柱構造であり、円柱の軸方向の略中心を貫通する水の流路が設けられていてもよい。前記感湿部は、球形あるいは、球形の一部分の外形状を有していてもよい。   The moisture-sensing part may be provided with a flow path of water that penetrates a substantially central part of the moisture-sensing part. The moisture-sensitive part may have a columnar structure, and may be provided with a water flow path that passes through substantially the center in the axial direction of the column. The moisture sensitive part may have a spherical shape or a part of a spherical outer shape.

第1のセンサ、および第2のセンサが電極構造を有するセンサであって、該電極を介して電気抵抗変化、および/または容量変化を検出するとよい。   The first sensor and the second sensor may be sensors having an electrode structure, and an electrical resistance change and / or a capacitance change may be detected through the electrodes.

本発明の蒸気測定装置は、多孔質材料で形成される感湿部と、前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサとを有する蒸気測定装置であって、前記感湿部内に、水を供給する供給路を、備えることを特徴とする   The steam measuring device of the present invention is a steam measuring device having a moisture sensitive part formed of a porous material and a first sensor for measuring a temperature in the vicinity of the surface of the moisture sensitive part. A supply path for supplying water

本発明の蒸気測定装置は、前記感湿部に、沸点が周囲の気体の温度以下の液体物質を供給し、周囲の気体中に含まれるその物質の蒸気濃度を測定することとしてもよい。   The vapor measuring apparatus of the present invention may supply a liquid substance having a boiling point equal to or lower than the temperature of the surrounding gas to the moisture sensitive part, and measure the vapor concentration of the substance contained in the surrounding gas.

本発明は、上記の蒸気測定装置が備えられた装置である。   This invention is an apparatus provided with said vapor | steam measuring apparatus.

本発明は、上記装置は、上記の蒸気測定装置が加湿器または加湿センサとしても機能する。   In the present invention, the above-described apparatus also functions as the humidifier or the humidification sensor.

なお、以下の説明では、空気と水、水蒸気に基いて本発明を説明するが、本発明は、空気と水、水蒸気に限定するものではなく、感湿部に周囲の気体温度以下の液体物質を供給する場合においても、同様に適用することができる。   In the following description, the present invention will be described based on air, water, and water vapor. However, the present invention is not limited to air, water, and water vapor, and a liquid substance having a temperature below the ambient gas temperature in the moisture sensitive portion. The same can be applied to the case of supplying.

本発明の蒸気測定装置は、感湿部表面近傍で水が存在し、あるいは水が蒸発している状態を保ちつつ、感湿部温度を測定する。この結果、300℃を超える高温下においても、連続的に、かつ室内空気から過熱水蒸気に至る広い湿度範囲においても湿度(絶対湿度、水蒸気濃度、水蒸気分圧などで表現される気体中の水蒸気量)を測定することができる。   The steam measuring apparatus of the present invention measures the temperature of the moisture sensitive part while maintaining the state where water is present near the surface of the moisture sensitive part or the water is evaporating. As a result, the humidity (the amount of water vapor in the gas expressed in terms of absolute humidity, water vapor concentration, water vapor partial pressure, etc.), even at high temperatures exceeding 300 ° C., continuously and over a wide humidity range from indoor air to superheated water vapor ) Can be measured.

特に、本発明の蒸気測定装置は、絶対値を正確に測定するための独立した計測器としての利用よりも、過熱水蒸気や空気と水蒸気の混合気体による加熱装置に利用することができる。たとえば、食品加工装置、乾燥装置、殺菌装置、加熱装置など、特に被処理物と気体が直接接触して処理するようなさまざまな装置に組み込むことで、その価値と有益性が増す。この結果、装置のエネルギー使用量を最小限とするための制御手段、あるいは処理物と処理目的に応じて最も適切な処理条件への制御手段、再現性のある処理条件にするための制御手段として用いることができる。   In particular, the steam measuring apparatus of the present invention can be used for a heating apparatus using superheated steam or a mixed gas of air and steam, rather than being used as an independent measuring instrument for accurately measuring an absolute value. For example, its value and usefulness are increased by incorporating it into various devices such as food processing devices, drying devices, sterilization devices, heating devices, and the like, in particular, where objects to be processed and gas are in direct contact with each other. As a result, as a control means for minimizing the amount of energy used by the apparatus, a control means for the most appropriate processing conditions according to the processing object and processing purpose, and a control means for making the processing conditions reproducible. Can be used.

図1は、実施の形態1の蒸気測定装置の構成を説明する概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the vapor measuring apparatus according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1の蒸気測定装置の変形例の構成を説明する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a modified example of the steam measuring apparatus according to the first embodiment. 図3は、実施の形態2の蒸気測定装置の構成を説明する概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the vapor measuring apparatus according to the second embodiment. 図4は、実施の形態3の蒸気測定装置の構成を説明する概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the steam measuring apparatus according to the third embodiment. 図5は、実施の形態4の蒸気測定装置の構成を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the vapor measuring apparatus according to the fourth embodiment. 図6は、本発明の蒸気測定装置の測定原理を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement principle of the steam measuring apparatus of the present invention. 図7は、温度と蒸気モル分率との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between temperature and vapor mole fraction. 図8は、本発明の蒸気測定装置の感湿部に用いた多孔質材料の細孔径分布(水銀圧入法)を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the pore size distribution (mercury intrusion method) of the porous material used in the moisture sensitive part of the vapor measuring apparatus of the present invention. 図9は、本発明の蒸気測定装置を用いた湿度の応答性を測定したグラフである。FIG. 9 is a graph obtained by measuring the responsiveness of humidity using the vapor measuring apparatus of the present invention. 図10は、本発明の蒸気測定装置を用いて、水蒸気モル分率を変えた場合に、感湿部表面に水が存在するかどうかを確認したグラフである。FIG. 10 is a graph for confirming whether or not water is present on the surface of the moisture sensitive part when the water vapor molar fraction is changed using the vapor measuring apparatus of the present invention.

1 感湿部
2 第1のセンサ
3 第2のセンサ
4 第3のセンサ
5 圧力センサ
6 演算部
7 制御部
8 供給路
9 排出路
10 ポンプ
11 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Humidity sensing part 2 1st sensor 3 2nd sensor 4 3rd sensor 5 Pressure sensor 6 Calculation part 7 Control part 8 Supply path 9 Discharge path 10 Pump 11 Valve

以下に、本発明を詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の蒸気測定装置の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本発明の蒸気測定装置は、感湿部1と、感湿部の表面付近の温度を測定するための第1のセンサ2と、供給路8と、排出路9とを備える。また、この図の例では、演算部6を備えている。
The present invention is described in detail below.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the vapor measuring apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the steam measuring device of the present invention includes a humidity sensing unit 1, a first sensor 2 for measuring the temperature near the surface of the moisture sensing unit, a supply path 8, and a discharge path 9. Is provided. Further, in the example of this figure, a calculation unit 6 is provided.

下記の蒸気測定装置の測定原理に記載するように、水蒸気量を測定するためには、感湿部の感湿部の表面付近の温度(Tsf)と、感湿部の周囲の気温(Tgas)と、気流部分の圧力(PT)とを用いる。本実施の形態の蒸気測定装置は、感湿部の周囲の気温(Tgas)と、気流部分の圧力(PT)とが、何らかの手段で、既知である場合の使用に適する。   As described in the measurement principle of the steam measuring device below, in order to measure the amount of water vapor, the temperature (Tsf) near the surface of the moisture sensitive part of the moisture sensitive part and the air temperature (Tgas) around the moisture sensitive part. And air pressure (PT). The vapor measuring apparatus according to the present embodiment is suitable for use when the temperature around the moisture sensitive portion (Tgas) and the pressure (PT) in the airflow portion are known by some means.

(感湿部)
本発明において、感湿部1は、その表面に水を存在させ、周囲の気流と接する水の温度を測定するための部位である。感湿部1は、熱的に安定な多孔質材料で形成される。多孔質材料は、セラミックであることが好ましい。セラミックは、熱的に安定だからである。また、多孔質材料は、表面に水を存在させるためには、濡れ性が高い性質を有することが好ましい。なお、本明細書中で、「濡れ性」とは、多孔質材料の表面と水(自由水)とのなじみやすさを意味する。
(Moisture sensitive part)
In the present invention, the moisture-sensing part 1 is a part for measuring the temperature of water in contact with the surrounding airflow by causing water to exist on the surface thereof. The moisture sensitive part 1 is formed of a thermally stable porous material. The porous material is preferably ceramic. This is because ceramic is thermally stable. The porous material preferably has a high wettability in order to allow water to exist on the surface. In the present specification, “wetability” means ease of compatibility between the surface of the porous material and water (free water).

多孔質材料において、空隙構造は、空隙に存在する水が重力の影響をうけにくく、かつ、毛管吸引力により水が感湿部の表面全体を濡らすための微細な細孔(0.1〜10μm)と、水供給用の空間と感湿部表面近傍までの超小型ポンプや揚程差で発生しうる程度のわずかな圧力により、感湿部表面に水を供給する、あるいは表面の過剰な水を吸引排出するための細孔(10〜30μm)とを有するとよい。微細な細孔において、30μm以上の細孔をほとんど有さない構造とすれば、空隙に存在する水が重力の影響をうけにくくするために、より好ましい。これらの細孔構造は、均一でもよく、また、使用環境や感湿部形状に応じて、部位毎に異なるような不均一なものでもよい。なお、上記細孔は、完全な円形ではない。したがって、本発明において直径の大きさは、平面上で一定の方向にある径を機械的に直径として計算したものである。直径の計算方法は、特に制限されず、公知の方法による。例えば、水銀圧入法等により測定される細孔直径等である。   In the porous material, the void structure is such that the water present in the void is not easily affected by gravity, and fine pores (0.1 to 10 μm) for the water to wet the entire surface of the moisture sensitive portion by capillary suction force. ) And supplying water to the surface of the moisture sensitive part with a small pressure that can be generated by a space between the water supply and the vicinity of the surface of the moisture sensitive part or the head, or excess water on the surface. It is good to have pores (10 to 30 μm) for sucking and discharging. It is more preferable that the fine pores have a structure having almost no pores of 30 μm or more because water existing in the voids is hardly affected by gravity. These pore structures may be uniform, or may be non-uniform such that they vary from site to site depending on the use environment and the shape of the moisture sensitive part. Note that the pores are not completely circular. Therefore, in the present invention, the size of the diameter is calculated by mechanically calculating a diameter in a certain direction on a plane as a diameter. The method for calculating the diameter is not particularly limited, and is a known method. For example, the pore diameter measured by a mercury intrusion method or the like.

具体的には、直径相当径は、以下の条件を満たすと好ましい。
(1)毛管吸引力による表面への移動が容易であるためには、一元細孔構造では細孔径分布が幅広いことが望ましい(10〜30μm)。
加えて、一元細孔構造よりも二元細孔構造のほうが水分移動係数は大きくなることが期待できる。
(2)圧力差により適度に水が移動するためには、10〜30μmの細孔があることが望ましい。
(3)重力の影響を受けにくくするためには、30μmよりも大きな細孔径を有さないことが望ましい。
(4)空隙率は,製造のしやすさ、製造コスト、材料の強度の観点からの制約があるが、0.45以上で、より高い方が望ましい。なお、空隙率は、水銀圧入法や、水を含ませる方法など公知の方法により測定する。
Specifically, it is preferable that the diameter equivalent diameter satisfies the following conditions.
(1) For easy movement to the surface by capillary suction force, it is desirable that the pore size distribution is wide in the unitary pore structure (10 to 30 μm).
In addition, it can be expected that the moisture transfer coefficient is larger in the binary pore structure than in the one-pore structure.
(2) In order for water to move appropriately due to a pressure difference, it is desirable that there are 10 to 30 μm pores.
(3) In order to make it less susceptible to the influence of gravity, it is desirable not to have a pore diameter larger than 30 μm.
(4) The porosity is limited from the viewpoints of ease of manufacturing, manufacturing cost, and material strength, but it is preferably 0.45 or more and higher. The porosity is measured by a known method such as a mercury intrusion method or a method of including water.

感湿部1の形状は、特に制限はなく、例えば、球形、柱状(円柱状、角柱状など)、錘状(円錐状、角錐状など)、錘台状(円錘台状、角錐台状、など)、釣鐘状、紡錘状、板状(平板状、曲板状、波板状、立方体形状、など)であればよい。なお、本明細書中で、「球形の一部分の外形状」とは、半球状、円錘台状、釣鐘状など、球形の一部分を含む外形を有するものを意味する。また、感湿部には、供給路と排出路とを接続し、感湿部内部に水を流通させ、かつ、表面に供給するための水を保持するための、感湿部を貫通する流路(空間)が設けられている。例えば、感湿部1周辺の表面全体から均一に蒸発がおきる場合は、この流路から感湿部表面に向かう最短距離が略同じ長さであると、水が均等に感湿部表面に供給されるので好ましい。測定する環境の影響で、蒸発速度や流路から表面への水の移動速度が感湿部表面の部位によって異なる場合は、表面の部位の蒸発速度分布あるいは外部圧力分布(動圧)に応じて流路から表面へ水が供給できるような、感湿部の外形、流路形状、多孔質構造の感湿部とすることが好ましい。好ましい感湿部の外形は、製造の容易さなどの理由から、円柱状、球形あるいは、球形の一部分の外形状を有するものである。   The shape of the moisture sensitive portion 1 is not particularly limited. For example, the shape is spherical, columnar (columnar, prismatic, etc.), pyramid (conical, pyramidal, etc.), frustum (frustum, pyramidal). , Etc.), bell shape, spindle shape, plate shape (flat plate shape, curved plate shape, corrugated plate shape, cubic shape, etc.). In the present specification, “the outer shape of a part of a sphere” means one having an outer shape including a part of a sphere, such as a hemisphere, a frustum shape, or a bell shape. In addition, the moisture sensing section is connected to the supply path and the discharge path, and the flow through the moisture sensing section is used to circulate water inside the moisture sensing section and hold water to be supplied to the surface. A road (space) is provided. For example, in the case where evaporation occurs uniformly from the entire surface around the moisture-sensitive part 1, if the shortest distance from the flow path to the surface of the moisture-sensitive part is substantially the same length, water is evenly supplied to the surface of the moisture-sensitive part. This is preferable. If the evaporation speed and the water movement speed from the flow path to the surface differ depending on the part of the surface of the moisture sensitive part due to the influence of the environment to be measured, depending on the evaporation speed distribution of the surface part or the external pressure distribution (dynamic pressure) It is preferable that the moisture-sensitive part has an outer shape, a channel shape, and a porous structure so that water can be supplied from the channel to the surface. A preferable outer shape of the moisture-sensitive portion has a cylindrical shape, a spherical shape, or a part of a spherical shape for reasons such as ease of manufacture.

感湿部1の流路は、供給路8と、排出路9とを連結するものであれば、特に制限はなく、多孔質材料を貫通する単管、U字管、二重管、あるいはこれらを複数組み合わせたものであってもよい。単管、U字管の場合はその両端、二重管の場合は内側の管と外側の管が、それぞれ水の供給路と排出路のいずれかに接続されていればよい。球状の場合は、球の中心または中心近くの球状の空間であり、製作が比較的容易な小型の感湿部形状の例として、柱状の場合は、柱の略中心部を貫通する流路であればよい。   The flow path of the moisture sensitive portion 1 is not particularly limited as long as it connects the supply path 8 and the discharge path 9, and is a single tube, U-shaped tube, double tube that penetrates the porous material, or these A combination of a plurality of these may be used. In the case of a single tube or a U-shaped tube, both ends thereof, and in the case of a double tube, the inner tube and the outer tube may be connected to either the water supply channel or the water discharge channel, respectively. In the case of a sphere, it is a spherical space near or near the center of the sphere, and as an example of a small moisture-sensitive part shape that is relatively easy to manufacture. I just need it.

感湿部1の大きさは特に制限はなく、使用する目的に応じて適宜選択できる。また、流路の内径や感湿部中での位置や大きさには特に制限はなく、使用する目的、環境、多孔質材料の細孔構造等に応じて適宜選択できる。例えば、感湿部が直径10mm程度の円柱状の場合は、直径0.5〜7mmの管であればよい。   There is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of the moisture sensitivity part 1, According to the objective to be used, it can select suitably. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the internal diameter of a flow path, the position in a moisture-sensitive part, and a magnitude | size, According to the intended purpose, environment, the pore structure of a porous material, etc., it can select suitably. For example, in the case where the moisture sensitive part is a columnar shape having a diameter of about 10 mm, it may be a tube having a diameter of 0.5 to 7 mm.

感湿部1の表面で、周囲の気流と接触して熱が加えられる部分は、水が存在する状態となっている。以下に述べるように、この部分の温度が重要となる。一方、気流から直接熱が伝わらない部分は、蒸発が起きないように流路から水が供給されない構造になっていることが好ましく、あるいは、水の蒸発が生じにくい表面部分は、断熱されていることが好ましい。例えば、感湿部が、シール剤等で供給路や排出路と固定される部分や、取り付けのために装置壁面と接触する部分などである。   The portion of the surface of the moisture sensitive portion 1 where heat is applied in contact with the surrounding airflow is in a state where water is present. As described below, the temperature of this part is important. On the other hand, it is preferable that the portion where heat is not directly transmitted from the airflow has a structure in which water is not supplied from the flow path so that evaporation does not occur, or the surface portion where water does not easily evaporate is insulated. It is preferable. For example, the moisture-sensitive part is a part that is fixed to the supply path or the discharge path with a sealant or the like, or a part that contacts the apparatus wall surface for attachment.

このような空隙構造を有する多孔質材料で形成された感湿部1は、特に制限はなく公知の方法で製造できる。例えば、無機固体材料に炭素を主成分とする粉状物質とを混合して高温で焼成することで、適切な細孔構造を有した感湿部用の素材を得ることができる。   The moisture sensitive part 1 formed of a porous material having such a void structure is not particularly limited and can be produced by a known method. For example, a material for a moisture-sensitive part having an appropriate pore structure can be obtained by mixing an inorganic solid material with a powdery substance containing carbon as a main component and baking at a high temperature.

なお、感湿部1は、取り替えやすい形状であると望ましい。   In addition, it is desirable that the moisture sensitive portion 1 has a shape that can be easily replaced.

(第1のセンサ)
第1のセンサ2は、感湿部1の表面付近に設けられている。感湿部1の表面で周囲の気流と接触して熱が加えられる部分は、水が存在する状態となっている。この部分に、第1のセンサ2を設ける。第1のセンサ2は、感湿部1の表面付近の温度を測定する。第1のセンサ2は、例えば、熱電対、測温抵抗体、あるいはそれと同様の原理により温度を測定するものである。また、感湿部1の表面付近という場合には、感湿部の内部をも含む。この場合には、第1のセンサを感湿部内に挿入した構造となる。
(First sensor)
The first sensor 2 is provided in the vicinity of the surface of the moisture sensitive unit 1. The portion where heat is applied by contact with the surrounding airflow on the surface of the moisture sensitive portion 1 is in a state where water is present. The first sensor 2 is provided at this portion. The first sensor 2 measures the temperature near the surface of the moisture sensitive unit 1. The first sensor 2 measures temperature based on, for example, a thermocouple, a resistance temperature detector, or a similar principle. In addition, the vicinity of the surface of the moisture sensitive portion 1 includes the inside of the moisture sensitive portion. In this case, the first sensor is inserted into the moisture sensitive part.

(供給路・排出路)
供給路8および排出路9は、耐熱性を有し、好ましくは断熱性を有する材質で形成あるいは保護されている管である。供給路8および排出路9は、いずれも一端は感湿部1に接続され、他端は水蒸気を測定する気流空間(例えば、配管や処理室など)の外部に設けられている水供給部および水排出部に接続されている。水供給部と水排出部は、異なっていても、同一のものでもよい。図1の例では、水供給部と水排出部は同一のものである。
(Supply / Discharge)
The supply path 8 and the discharge path 9 are pipes which are formed or protected by a material having heat resistance, preferably heat insulation. The supply path 8 and the discharge path 9 both have one end connected to the moisture sensing section 1 and the other end connected to a water supply section provided outside the airflow space (for example, a pipe or a processing chamber) for measuring water vapor. Connected to the water drain. The water supply unit and the water discharge unit may be different or the same. In the example of FIG. 1, the water supply unit and the water discharge unit are the same.

供給路8および排出路9は、感湿部1に接続されている部分、あるいは水蒸気を測定する気流空間にさらされる部分は、耐熱性を有する材料で、好ましくは、断熱性を有する材料で形成、あるいは保護されている管である。これらの材料としては、具体的には、シリコン、テフロン(登録商標)、ステンレスなどが例示される。水供給部においても、これらの材料で形成されているとよい。   The supply path 8 and the discharge path 9 are formed of a material having heat resistance, preferably a material having heat insulation, at a portion connected to the moisture sensitive portion 1 or a portion exposed to an air flow space for measuring water vapor. Or a protected tube. Specific examples of these materials include silicon, Teflon (registered trademark), and stainless steel. Also in the water supply part, it is good to be formed with these materials.

供給路8および排出路9の水蒸気を測定する気流空間の外側の感湿部1に接続されているものとは他端の側は、感湿部1の流路内の圧力を適切にするために、管の太さ、長さ、水タンクとの位置関係を決定すればよい。また、水温を適切にするために水の冷却が必要な場合は、水の冷却部として使用することもできる。   The other end of the supply passage 8 and the discharge passage 9 that is connected to the moisture sensing portion 1 outside the airflow space for measuring water vapor in order to make the pressure in the flow passage of the moisture sensing portion 1 appropriate. In addition, the thickness and length of the pipe and the positional relationship with the water tank may be determined. Moreover, when water cooling is required in order to make water temperature suitable, it can also be used as a water cooling part.

供給路8および排出路9は、感湿部1に供給される水温を適切にするために、気流空間にさらされる部分では水の加熱、あるいは気流にさらされない部分では水タンクも含めて放熱による冷却の効果を考慮して断熱の有無を調整することが望ましい。   The supply path 8 and the discharge path 9 are heated by water in a portion exposed to the airflow space or radiated including a water tank in a portion not exposed to the airflow in order to make the temperature of the water supplied to the moisture sensitive unit 1 appropriate. It is desirable to adjust the presence or absence of heat insulation in consideration of the effect of cooling.

供給路8および排出路9にはそれぞれポンプ10、バルブ11などの流路内の圧力制御手段を設ける、あるいは水供給部と水排出部との間に揚程差を生じさせる構成とする。これにより、表面が適切な水分量になるように供給水量と感湿部1からの排出水量(感湿部内の流路空間の圧力)を自動、あるいは手動により調節する。   The supply path 8 and the discharge path 9 are each provided with pressure control means in the flow path such as the pump 10 and the valve 11, or are configured to cause a head difference between the water supply section and the water discharge section. As a result, the amount of water supplied and the amount of water discharged from the moisture sensitive portion 1 (pressure in the flow path space in the moisture sensitive portion) are adjusted automatically or manually so that the surface has an appropriate amount of moisture.

給水にポンプを使用せず、揚程差で水を供給する場合は、揚程差または給水路8、排水路9のパイプの長さ、太さ、排水タンクの水位等で調整する。さらに、配管部に制御部を設けて排出水量(実際は感湿部1内の管路の水圧)を調整することもできる。この場合、排水タンクの水を、給水タンクに送水するためにポンプが必要となるが、制御の必要は低いため、安価なものが使用できる。   When water is supplied with a head difference without using a pump for water supply, adjustment is made according to the head difference or the length and thickness of the pipes of the water supply channel 8 and the drainage channel 9 and the water level of the drainage tank. Furthermore, it is also possible to adjust the amount of discharged water (actually, the water pressure of the pipe line in the moisture sensitive part 1) by providing a control part in the pipe part. In this case, a pump is required to feed the water in the drainage tank to the water supply tank, but since the need for control is low, an inexpensive one can be used.

水の給排水の量は、感湿部での水の蒸発量、気流の湿度低下時の応答時間の向上、感湿部に供給される水温制御の観点から、適切に決定あるいは制御することが望ましい。水温制御では、例えば、高温にさらされる供給部の管路が長いとその間で水が加熱されて沸騰するおそれがある。この場合は、高温部の管路を断熱すると共に、測定する気流空間の外側の管路や水タンクは冷却のために断熱せず、必要に応じて積極的に冷却するためのフィン・ファンなどの機構を設けると共に、水の給排水の量を多くするとよい。   The amount of water supply / drainage is preferably determined or controlled appropriately from the viewpoints of the amount of water evaporation in the moisture-sensitive part, the improvement of response time when the humidity of the airflow is reduced, and the control of the water temperature supplied to the moisture-sensitive part. . In the water temperature control, for example, if the pipe line of the supply unit exposed to high temperature is long, water may be heated and boil between them. In this case, insulate the pipes in the high-temperature part, and do not insulate the pipes and water tanks outside the air flow space to be measured for cooling. It is preferable to increase the amount of water supply / drainage.

感湿部に供給される部分での水の温度は、測定精度向上のためには、湿球温度付近であることが望ましい。このため、配管での放熱・断熱の設計を最適にしておくとよい。必要に応じて、積極的に制御する機構を設けてもよい。   It is desirable that the temperature of water in the portion supplied to the moisture sensitive portion is near the wet bulb temperature in order to improve measurement accuracy. For this reason, it is advisable to optimize the heat dissipation and heat insulation design in the piping. A mechanism for positive control may be provided as necessary.

水分量の調整は、例えば、目視における手動でもよく、あるいは、感湿部1の表面を画像解析して感湿部1の表面の湿潤状態を観察してもよい。   The adjustment of the amount of water may be performed manually, for example, or may be performed by image analysis of the surface of the moisture sensitive portion 1 to observe the wet state of the surface of the moisture sensitive portion 1.

(演算部)
演算部6は、測定された感湿部1の表面付近の温度から水蒸気量を求める。本実施の形態は、センサが一つでよいので、簡便な構造にすることができる。測定条件において、蒸発速度が遅く、主に毛管吸引力のみの水の移動によって水の供給が十分である場合に適用すると好ましい。
(Calculation unit)
The calculating part 6 calculates | requires water vapor | steam amount from the temperature of the surface vicinity of the measured moisture sensitive part 1. FIG. In this embodiment, since only one sensor is required, a simple structure can be obtained. It is preferable to apply when the evaporation rate is slow under the measurement conditions and the supply of water is sufficient mainly by the movement of water with only capillary suction force.

(その他の構成)
また、必要に応じて、水供給部に電気伝導度を測定する機構、電気伝導度を制御するための機構を設ける構成としてもよい。また、感湿部のスケール等の水に含まれる成分による汚れを洗浄するための機構を設ける構成としてもよい。
(Other configurations)
Moreover, it is good also as a structure which provides the mechanism for measuring electrical conductivity in the water supply part, and the mechanism for controlling electrical conductivity as needed. Moreover, it is good also as a structure which provides the mechanism for wash | cleaning the stain | pollution | contamination by components contained in water, such as a scale of a moisture sensitive part.

感湿部のスケール等による汚れを防止するための機構としては、常時水をイオン交換膜、イオン交換樹脂、逆浸透膜(Reverse Osmosis Membrane、以下、「RO膜」という)などを用いて浄化する方法などが挙げられる。水の状態、センサの信号により、メンテナンス時期の信号を出力する機構をもたせることもできる。あるいは、自己洗浄機能(測定停止中にクエン酸等で循環洗浄をする機能、定期的にセンサ部の水分を吸引して排出する、あるいは水過剰供給することでセンサ表面の水を落下させる等)を持たせる構成にしてもよい。   As a mechanism for preventing contamination due to the scale and the like of the moisture sensitive part, water is always purified using an ion exchange membrane, ion exchange resin, reverse osmosis membrane (hereinafter referred to as “RO membrane”), etc. The method etc. are mentioned. It is possible to provide a mechanism for outputting a maintenance timing signal according to the water state and the sensor signal. Or self-cleaning function (function to circulate and wash with citric acid etc. while measurement is stopped, periodically sucking and discharging moisture from the sensor unit, or dropping water on the sensor surface by supplying excessive water) You may make it the structure which has.

水を浄化するための装置は、ポンプの吸入口、排出口、給水タンク、排水タンク、あるいは給水タンクと排水タンクを接続する配管内などに設置することができる。これらはカートリッジタイプで取り替えが容易な方が望ましい。イオン濃度を測定するための電気伝導度を測定する機能を付与することで、より高度な制御や水管理が可能である。   The device for purifying water can be installed in a pump inlet, outlet, water supply tank, drainage tank, or a pipe connecting the water supply tank and the drainage tank. It is desirable that these are cartridge type and can be easily replaced. By providing the function of measuring electrical conductivity for measuring the ion concentration, more advanced control and water management are possible.

(実施の形態1の変形例)
図1に示す実施の形態1の例をさらに簡略化することもできる。図2に示すように、図1の構成から、ポンプと、排出路を省略した構成である。他の構成は、図1と同様である。
(Modification of Embodiment 1)
The example of Embodiment 1 shown in FIG. 1 can be further simplified. As shown in FIG. 2, the pump and the discharge path are omitted from the configuration of FIG. Other configurations are the same as those in FIG.

図2に示す構成の場合は、カートリッジのような小型の水供給手段を用いる、あるいは感湿部の表面が濡れている状態を維持できるように、感湿部の細孔構造、管路の太さや長さなどを調整する。この実施の形態の場合、特に短時間使用する場合に適する。   In the case of the configuration shown in FIG. 2, a small water supply means such as a cartridge is used, or the pore structure of the moisture sensitive portion and the thickness of the pipe line are maintained so that the surface of the moisture sensitive portion can be kept wet. Adjust the sheath and length. This embodiment is particularly suitable for short-time use.

(実施の形態2)
図3は、本発明の蒸気測定装置の構成の一例を示す図である。図3に示すように、本発明の蒸気測定装置は、感湿部1と、感湿部の表面付近の温度を測定するための第1のセンサ2と、感湿部の表面付近に存在する水分量を測定する第2のセンサ3と、供給路8と、排出路9とを備える。また、この図の例では、演算部6と制御部7とを備えている。
第2のセンサ2と制御部7を除けば、図1と同じ構成である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the vapor measuring apparatus of the present invention. As shown in FIG. 3, the steam measuring device of the present invention exists near the surface of the moisture sensitive part 1, the first sensor 2 for measuring the temperature near the surface of the moisture sensitive part, and the moisture sensitive part. A second sensor 3 for measuring the moisture content, a supply path 8 and a discharge path 9 are provided. Moreover, in the example of this figure, the calculating part 6 and the control part 7 are provided.
Except for the second sensor 2 and the control unit 7, the configuration is the same as in FIG.

(第2のセンサ)
第2のセンサ3は、感湿部1の表面付近に設けられている。感湿部1の表面で周囲の気流と接触して熱が加えられる部分は、水が存在する状態となっている。この部分に、第2のセンサ3を設ける。第2のセンサ3は、感湿部の表面付近に存在する水分量を測定する。本明細書中で、水分量とは、感湿部の表面が濡れているかどうかという程度を意味する。具体的な第2のセンサ3の一例としては、水分量による電気伝導度、誘電率、電気容量等の変化を測定するものなどを挙げることができる。それらの物理量は、感湿部表面に接触させた電極からの出力として測定(接触式測定)してもよく、また、感湿部表面近傍に非接触配置された光ファイバや光学素子等を介し、赤外線吸収量の変化として測定(非接触式測定)してもよい。
(Second sensor)
The second sensor 3 is provided in the vicinity of the surface of the moisture sensitive unit 1. The portion where heat is applied by contact with the surrounding airflow on the surface of the moisture sensitive portion 1 is in a state where water is present. The second sensor 3 is provided at this portion. The second sensor 3 measures the amount of moisture present near the surface of the moisture sensitive part. In this specification, the amount of moisture means the degree of whether or not the surface of the moisture sensitive part is wet. A specific example of the second sensor 3 includes a sensor that measures changes in electrical conductivity, dielectric constant, capacitance, and the like depending on the amount of moisture. Those physical quantities may be measured (contact measurement) as the output from the electrode in contact with the surface of the moisture-sensitive part, or via an optical fiber or optical element arranged in a non-contact manner near the surface of the moisture-sensitive part. Alternatively, measurement (non-contact measurement) may be performed as a change in infrared absorption.

本発明の蒸気測定装置で、電気伝導度により水分量の測定を行う場合は、適度な電気伝導度を有する水を用いることが好ましい。このため、水供給部に、水に溶存する塩、イオン、スケール、汚れ等を適切に除去するためのイオン交換樹脂、イオン交換膜、RO膜、あるいは水の浄化器などの取り付けが望ましい。   When the water content is measured by electric conductivity in the vapor measuring apparatus of the present invention, it is preferable to use water having an appropriate electric conductivity. For this reason, it is desirable to attach an ion exchange resin, an ion exchange membrane, an RO membrane, or a water purifier for appropriately removing salts, ions, scales, dirt, etc. dissolved in water to the water supply unit.

(制御部)
図3に示すように第2のセンサ3を用いる場合、感湿部1の表面付近の水分量を測定したデータを用い、制御部7から、水の供給または排出を制御する信号を発信する。具体的には、ポンプからの水の供給の増減、感湿部からの水の排出の増減を行う。
(Control part)
When the second sensor 3 is used as shown in FIG. 3, a signal for controlling the supply or discharge of water is transmitted from the control unit 7 using data obtained by measuring the amount of water near the surface of the moisture sensitive unit 1. Specifically, the increase / decrease in the supply of water from the pump and the increase / decrease in the discharge of water from the humidity sensing unit are performed.

第1のセンサ2と第2のセンサ3とを共に、電極構造を有するセンサを用いる場合は、第1のセンサ2と第2のセンサ3とを用いて、感湿部1の表面の濡れ状態を検出することができる。例えば、第1のセンサ2と第2のセンサ3とに熱電対を用いることができる。この場合、第2のセンサは、第1のセンサの故障時のバックアップ、あるいは温度測定精度を向上させるために使用することもできる。   When both the first sensor 2 and the second sensor 3 are sensors having an electrode structure, the first sensor 2 and the second sensor 3 are used to wet the surface of the moisture sensitive portion 1. Can be detected. For example, thermocouples can be used for the first sensor 2 and the second sensor 3. In this case, the second sensor can be used as a backup when the first sensor fails or to improve the temperature measurement accuracy.

電極構造を有するセンサを用いる場合は、図3において、第1のセンサ2と第2のセンサ3とを、共に連続あるいは間欠的に電極として用いる。例えば、電気伝導度を用いて水分量を測定する場合は、制御部7が、第1のセンサ2と第2のセンサ3との通電を検知すれば水の供給を増加させない。一方、感湿部1の表面が乾燥していれば、通電しない。制御部7は、通電を検知しなければ、管路の圧力を高めて水の供給を増加させる、あるいはバルブ11を閉じるなどを行い、感湿部1の表面に水を供給する。   In the case of using a sensor having an electrode structure, in FIG. 3, both the first sensor 2 and the second sensor 3 are used as electrodes either continuously or intermittently. For example, when measuring the amount of water using electrical conductivity, the controller 7 does not increase the supply of water if it detects the energization of the first sensor 2 and the second sensor 3. On the other hand, if the surface of the moisture sensitive portion 1 is dry, no current is supplied. If energization is not detected, the control unit 7 increases the pressure of the pipe line to increase the supply of water, or closes the valve 11 to supply water to the surface of the moisture sensitive unit 1.

(実施の形態3)
図4は、本発明の蒸気測定装置の構成の一例を示す図である。図4に示すように、本発明の蒸気測定装置は、感湿部1と、感湿部の表面付近の温度を測定するための第1のセンサ2と、感湿部1の周囲の気体の温度を測定する第3のセンサ4と、供給路8と、排出路9とを備える。また、この図の例では、演算部6、制御部7を備えている。
第3のセンサ4を除けば、図3と同じ構成である。なお、なお、この図の例では、感湿部1の表面付近に存在する水分量を測定する第2のセンサ3と制御部7を有しているが、第2のセンサ3と制御部7は省略することもできる。また、上記実施の形態の変形例についても、本実施の形態と同様に第3のセンサを備えていてもよい。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the steam measuring device of the present invention. As shown in FIG. 4, the vapor measuring apparatus of the present invention includes a moisture sensing unit 1, a first sensor 2 for measuring the temperature near the surface of the moisture sensing unit, and the gas surrounding the moisture sensing unit 1. A third sensor 4 for measuring temperature, a supply path 8 and a discharge path 9 are provided. Moreover, in the example of this figure, the calculating part 6 and the control part 7 are provided.
Except for the third sensor 4, the configuration is the same as in FIG. In addition, in the example of this figure, although it has the 2nd sensor 3 and the control part 7 which measure the moisture content which exists in the surface vicinity of the moisture sensitive part 1, the 2nd sensor 3 and the control part 7 are included. Can be omitted. In addition, the modified example of the above embodiment may include a third sensor as in the present embodiment.

本実施の形態の蒸気測定装置は、気流部分の圧力が既知である場合の使用に適する。   The vapor measuring apparatus of the present embodiment is suitable for use when the pressure of the airflow portion is known.

(第3のセンサ)
図4に示すように、第3のセンサ4は、感湿部1の周囲の気温(Tgas)を測定する。第3のセンサ4は、感湿部1の影響を受けない気流の温度を測定することができればよい。第3のセンサ4は、感湿部1に固定されていても分離されていてもよい。第3のセンサ4は、熱電対、測温抵抗体など、気体の温度測定ができるものである。
(Third sensor)
As shown in FIG. 4, the third sensor 4 measures the ambient temperature (Tgas) around the moisture sensitive unit 1. The third sensor 4 only needs to be able to measure the temperature of the airflow that is not affected by the moisture sensitive unit 1. The third sensor 4 may be fixed to the moisture sensitive unit 1 or separated. The third sensor 4 can measure the temperature of the gas, such as a thermocouple or a resistance temperature detector.

(実施の形態4)
図5は、本発明の蒸気測定装置の構成の一例を示す図である。図5に示すように、本発明の蒸気測定装置は、感湿部1と、感湿部の表面付近の温度を測定するための第1のセンサ2と、感湿部の周囲の気体の温度を測定する第3のセンサ4と、圧力センサ5と、供給路8と、排出路9とを備える。また、この図の例では、演算部6、制御部7を備えている。
第3のセンサ4と圧力センサ5とを除けば、図3と同じ構成である。なお、この図の例では、感湿部1の表面付近に存在する水分量を測定する第2のセンサ3と制御部7を有しているが、第2のセンサ3と制御部7は省略することもできる。また、第3のセンサ4も省略することができる。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the steam measuring device of the present invention. As shown in FIG. 5, the steam measuring device of the present invention includes a humidity sensing unit 1, a first sensor 2 for measuring the temperature near the surface of the moisture sensing unit, and the temperature of the gas around the moisture sensing unit. A third sensor 4 for measuring the pressure, a pressure sensor 5, a supply path 8, and a discharge path 9. Moreover, in the example of this figure, the calculating part 6 and the control part 7 are provided.
Except for the third sensor 4 and the pressure sensor 5, the configuration is the same as in FIG. In addition, in the example of this figure, although it has the 2nd sensor 3 and the control part 7 which measure the moisture content which exists in the surface vicinity of the moisture sensitive part 1, the 2nd sensor 3 and the control part 7 are abbreviate | omitted. You can also The third sensor 4 can also be omitted.

本実施の形態の蒸気測定装置は、湿球温度(Tsf)と、感湿部の周囲の気温(Tgas)と、気流部分の圧力(PT)とを用いて水蒸気量を求める場合の使用に適する。   The steam measuring apparatus according to the present embodiment is suitable for use when the amount of water vapor is determined using the wet bulb temperature (Tsf), the ambient temperature (Tgas) around the moisture sensitive portion, and the pressure (PT) of the airflow portion. .

(圧力センサ)
図5に示すように、圧力センサ5は、感湿部1の表面に存在する水分層の外部(気流)の圧力(全圧PT)を測定するために設ける。圧力センサ5は、感湿部1に固定されていても分離されていてもよい。圧力センサ5としては、使用環境に耐えうるものであれば種類は特に限定されず、公知の圧力計が使用できる。また、供給路あるいは排水路の水圧を測定し、その値をもとに推算した値を使用することもできる。本発明で利用できる圧力計としては、圧力の時間的な変化が小さい場合は、例えば、ブルドン管を使用した目視用の圧力計や、U字管マノメータのような簡便な方法により測定するものであってもよい。さらに、圧力が大気圧に近く、高温のために正確な測定が困難な場合は、近似的に大気圧の値を用いることで、演算部6で演算結果を得ることもできる。
(Pressure sensor)
As shown in FIG. 5, the pressure sensor 5 is provided to measure the pressure (total pressure PT) outside (airflow) of the moisture layer present on the surface of the moisture-sensitive part 1. The pressure sensor 5 may be fixed to the moisture sensitive part 1 or separated. The type of the pressure sensor 5 is not particularly limited as long as it can withstand the use environment, and a known pressure gauge can be used. Moreover, the water pressure of a supply channel or a drainage channel is measured, and the value estimated based on the value can also be used. As a pressure gauge that can be used in the present invention, when the change in pressure over time is small, for example, a pressure gauge for visual observation using a Bourdon tube or a simple method such as a U-tube manometer is used. There may be. Furthermore, when the pressure is close to the atmospheric pressure and accurate measurement is difficult due to the high temperature, the calculation unit 6 can obtain the calculation result by using the value of the atmospheric pressure approximately.

[測定原理]
以下に、本発明の蒸気測定装置の測定原理を図6に基づいて説明する。気体中におかれた水は、水の表面と接触する気体からの対流伝熱(気体の流れが無い場合は気体からの伝導伝熱を含む)により、気体と水表面間で、その温度の差に基づいて熱の移動(qcv)が起きる。また、水の表面には周囲からのふく射(熱輻射)伝熱により熱の移動(qr)が起きる。
[Measurement principle]
Below, the measurement principle of the vapor | steam measuring apparatus of this invention is demonstrated based on FIG. Water placed in the gas has its temperature between the gas and the water surface due to convective heat transfer from the gas in contact with the water surface (including conduction heat transfer from the gas if there is no gas flow). Based on the difference, heat transfer (qcv) occurs. Further, heat transfer (qr) occurs on the surface of the water due to radiation (thermal radiation) heat transfer from the surroundings.

水の表面(気液界面の液相側)とその内側で温度差がある場合は、水表面から水内部方向への伝導伝熱(水の移動に伴う熱の移動も含む)により、熱の移動(qcd)が起きる。   If there is a temperature difference between the surface of the water (liquid phase side of the gas-liquid interface) and the inside of the water, the heat transfer is carried out from the surface of the water to the interior of the water (including the movement of heat accompanying the movement of water). Movement (qcd) occurs.

水の表面(気液界面の気相側)では、その水温における飽和蒸気圧相当の水蒸気分圧(濃度)を有しており、周囲の気体との水蒸気分圧の差あるいは全圧の差により水の表面から周囲の気体方向へ水蒸気の流れ(j)が起きる。   The water surface (the gas phase side of the gas-liquid interface) has a water vapor partial pressure (concentration) equivalent to the saturated vapor pressure at the water temperature, which is due to the difference in water vapor partial pressure or the total pressure with the surrounding gas. A water vapor flow (j) occurs from the surface of the water to the surrounding gas.

水の表面においては、qcv+qr=qcd+jγの関係が成立している。この式において、jは水の蒸発速度(負の場合は凝縮速度)、γは水の蒸発潜熱である。水の表面はこの関係が成り立つ温度となる。このことから、水の表面温度から、周囲気体の湿度(水蒸気分圧、水蒸気濃度など)を理論的に知ることが可能である。これらの原理は、例えば、Transport Phenomena 2nd Ed., P684,R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot,John Wiley AND Sons,Inc.(2002),USA等に記述がある。On the surface of water, the relationship qcv + qr = qcd + jγ is established. In this equation, j is the evaporation rate of water (condensation rate if negative), and γ is the latent heat of evaporation of water. The surface of the water has a temperature at which this relationship is established. From this, it is possible to theoretically know the humidity (water vapor partial pressure, water vapor concentration, etc.) of the surrounding gas from the surface temperature of water. These principles are described, for example, in Transport Phenomena 2 nd Ed. , P684, R.M. B. Bird, W.M. E. Stewart, E .; N. Lightfoot, John Wiley AND Sons, Inc. (2002), USA, etc.

これらの測定原理を利用した絶対湿度あるいは相対湿度の測定法として、qr、qcdが共に0で、圧力が大気圧近傍であるとき、乾球温度と湿球温度より測定する方法(JIS Z8806)が広く知られている。しかし、これらは気温が100℃未満における湿度の測定を想定したものである。   As a measurement method of absolute humidity or relative humidity using these measurement principles, when qr and qcd are both 0 and the pressure is near atmospheric pressure, a method of measuring from the dry bulb temperature and the wet bulb temperature (JIS Z8806) is available. Widely known. However, these assume the measurement of humidity at temperatures below 100 ° C.

比較的低湿度の条件下で、正確に湿度(水蒸気分圧や絶対湿度)を測定するためには、十分な風速の定常の気流中で、qcvに対してふく射伝熱qrの相対的な寄与が小さく、対流伝熱が全て水の蒸発潜熱として使用されているときの水の温度を測定する必要がある。   Relative contribution of radiation heat transfer qr to qcv in a steady airflow with sufficient wind speed to accurately measure humidity (water vapor partial pressure and absolute humidity) under relatively low humidity conditions It is necessary to measure the temperature of water when convection heat transfer is small and all convective heat transfer is used as latent heat of vaporization of water.

また、過熱水蒸気に近い、高温で高湿度条件では、低温低湿度条件に比べて温度に対する飽和蒸気圧依存性が強い。また、演算においてPTが演算結果に与える影響が大きくなる。したがって、過熱水蒸気に近い、高湿度条件で正確に湿度を測定するためには、わずかな温度測定誤差、あるいは圧力の変化が、水蒸気分圧を見積もる際に大きな測定誤差になりうる。正確な圧力を測定されていることが望ましく、また、温度や圧力の測定誤差が把握されていれば、誤差範囲の演算、あるいはこれらに起因する誤差の補正等を行ってもよい。一方、ふく射伝熱qrの影響に起因する誤差は低湿度の場合に比べて小さい。   In addition, under high-temperature and high-humidity conditions close to superheated steam, the saturation vapor pressure dependence on temperature is stronger than in low-temperature and low-humidity conditions. In addition, in the calculation, the influence of PT on the calculation result increases. Therefore, in order to accurately measure the humidity under a high humidity condition close to superheated steam, a slight temperature measurement error or a change in pressure can be a large measurement error in estimating the water vapor partial pressure. It is desirable to measure an accurate pressure, and if a temperature or pressure measurement error is known, an error range may be calculated or an error due to these may be corrected. On the other hand, the error due to the effect of radiation heat transfer qr is small compared to the case of low humidity.

さらに、気体の温度が高く、蒸発速度が速い場合や、ふく射伝熱が影響するような条件では、求められる測定精度に応じてそれらの影響を補正するとよい。ふく射の遮蔽板を取り付けることでふく射の影響を低減することができる。配管中に感湿部をとりつける場合は、測定する配管にバイパス部を設けることで流速を調整することができる。また、気流条件(流速、温度、湿度など)が時間的に変化する場合は、水の表面温度の変化と共にqcdが時間的に変化することから、理論計算あるいは温度等の実測値(給水温度,排水温度,センサ内部温度など)から推算されるqcdの値にもとづいて補正をすればよい。   Furthermore, when the temperature of the gas is high and the evaporation rate is high, or under conditions where radiation heat transfer affects, it is preferable to correct those effects according to the required measurement accuracy. The influence of radiation can be reduced by attaching a radiation shielding plate. When a moisture sensitive part is installed in the pipe, the flow velocity can be adjusted by providing a bypass part in the pipe to be measured. In addition, when the airflow conditions (flow velocity, temperature, humidity, etc.) change with time, qcd changes with time as the surface temperature of water changes, so theoretical calculations or measured values such as temperature (water supply temperature, Correction may be made based on the value of qcd estimated from the drainage temperature, sensor internal temperature, and the like.

周囲流体の流速が遅い場合は、相対的にふく射伝熱の寄与が増大すること、自然対流の影響が増大することから、熱と物質移動の相似則(チルトン‐コルバーンの法則)に基づく演算誤差も増大する。これらも、測定精度を向上させるためには、校正に基づいて補正をすればよい。   When the flow velocity of the surrounding fluid is low, the contribution of radiation heat transfer increases relatively, and the influence of natural convection increases. Therefore, the calculation error based on the similarity law of heat and mass transfer (Chilton-Colburn law) Will also increase. These may also be corrected based on calibration in order to improve the measurement accuracy.

このように、本発明の測定装置を用いれば、300℃を超えるような高温域でも、水の供給と温度測定が可能であれば原理的に測定が可能である。また、本発明の測定装置は、酸化、高湿度条件下での水分凝縮による劣化などの影響を受けない。すなわち、本発明の測定装置は、高温高湿度の空気や過熱水蒸気を利用する装置の高性能化を図ることができる。   As described above, by using the measuring apparatus of the present invention, even in a high temperature range exceeding 300 ° C., water can be supplied and temperature can be measured in principle. Moreover, the measuring apparatus of the present invention is not affected by oxidation, deterioration due to moisture condensation under high humidity conditions, and the like. That is, the measuring apparatus of the present invention can improve the performance of an apparatus that uses high-temperature and high-humidity air or superheated steam.

本発明の蒸気測定装置において、水蒸気量を測定するのは、例えば、TadにTsfの値を用いて,以下の式(1)、(2)を演算部に組み込んで演算をする。

Figure 2010125998
In the steam measuring device of the present invention, the amount of water vapor is measured by, for example, using the value of Tsf for Tad and incorporating the following formulas (1) and (2) into the computing unit.
Figure 2010125998

Figure 2010125998

感湿部の表面付近の温度Tsf、感湿部の周囲の気体の温度Tgas、圧力センサから得られる圧力(PT)、および、感湿部の表面付近の温度から(2)式により求められる水蒸気分圧(Ps,sat)から、式(1)により水蒸気量を求めることができる。なお、Tgas、圧力センサから得られる圧力が既知の場合(実施の形態1)、圧力センサから得られる圧力が既知の場合(実施の形態2)、Tsf、Tgas、圧力センサから得られる圧力全てを測定する場合(実施の形態4)のいずれの場合でも、式(1)から水蒸気量を求めることができることがわかる。
Figure 2010125998

Water vapor determined by the equation (2) from the temperature Tsf near the surface of the moisture sensitive part, the temperature Tgas of the gas around the moisture sensitive part, the pressure (PT) obtained from the pressure sensor, and the temperature near the surface of the moisture sensitive part From the partial pressure (Ps, sat), the amount of water vapor can be determined by equation (1). When Tgas and the pressure obtained from the pressure sensor are known (Embodiment 1), when the pressure obtained from the pressure sensor is known (Embodiment 2), Tsf, Tgas and all the pressures obtained from the pressure sensor are all It can be seen that in any case of measurement (Embodiment 4), the amount of water vapor can be determined from Equation (1).

なお、上記方法によらないでも、感湿部の表面付近の温度Tsf、感湿部の周囲の気体の温度Tgas、圧力センサから得られる圧力、および感湿部の表面付近の温度から求められる水蒸気分圧から水蒸気量を測定することができるものであれば、他の方法をもちいてもよい。   Even if not based on the above method, the water vapor obtained from the temperature Tsf near the surface of the moisture sensitive portion, the temperature Tgas of the gas around the moisture sensitive portion, the pressure obtained from the pressure sensor, and the temperature near the surface of the moisture sensitive portion. Other methods may be used as long as the amount of water vapor can be measured from the partial pressure.

実施の状態により、ふく射等の影響を受ける場合がある。ふく射の影響を排除するためには、輻射遮蔽する装置をセンサ周辺に取り付ける、抽気(吸引)して,輻射性の低い材質の配管部分に本センサを取り付ける、あるいは輻射率の低い材質で感湿部を製作するなどの方法がある。   Depending on the state of implementation, it may be affected by radiation. To eliminate the effects of radiation, install a radiation shielding device around the sensor, bleed (suction), and attach this sensor to a pipe section of low radiation material, or use a material with low emissivity for moisture sensitivity. There are methods such as manufacturing parts.

温度測定誤差を生ずる場合がある。この場合には、熱電対ではなく、微小な白金測温抵抗体などを使用する、あるいはシース熱電対を使用するなどにより、温度測定誤差を低減することができる。シース熱電対の場合は、感湿部1の軸方向端面から挿入することにより、構造を簡略化することができる。   Temperature measurement error may occur. In this case, the temperature measurement error can be reduced by using a minute platinum resistance thermometer or the like instead of the thermocouple, or using a sheath thermocouple. In the case of a sheathed thermocouple, the structure can be simplified by inserting from the axial end surface of the moisture sensitive portion 1.

第1のセンサを表面に取り付けると、応答時間が早くなる。そのため、取り付け位置は
好ましくは表面である。一方、表面は気流温度の影響を受けるため、表面より僅かに内側に取り付けると、実用面から有意である。
When the first sensor is attached to the surface, the response time is accelerated. For this reason, the attachment position is preferably the surface. On the other hand, since the surface is affected by the airflow temperature, it is significant from a practical aspect if it is attached slightly inside the surface.

表面に取り付けた場合、表面より内側に取り付ける場合、いずれも感湿部1の内部半径方向にもう一カ所以上、例えば、水流路から僅かに表面に近い部分に温度センサを取り付ける、あるいは水温(供給水温度,排水温度,あるいはその両方)を測定しておき、それらのデータも用いてqcdあるいは湿度(水蒸気濃度)を算出することで、より早い応答時間での計測、及び高精度での計測が可能になる。この場合は、(1)式を修正する、あるいは、他の熱伝導の式や熱・物質移動モデルを用いて水蒸気濃度を求める。   When mounted on the surface, or when mounted on the inner side of the surface, in each case, a temperature sensor is attached to one or more other locations in the inner radial direction of the moisture sensitive portion 1, for example, a portion slightly close to the surface from the water flow path, or the water temperature (supply) Measure water temperature, drainage temperature, or both) and calculate qcd or humidity (water vapor concentration) using these data, so that faster response time and higher accuracy can be measured. It becomes possible. In this case, the water vapor concentration is obtained by correcting the equation (1) or using another heat conduction equation or a heat / mass transfer model.

[水蒸気量(湿度)の制御方法]
水蒸気濃度が所定の値よりも大きい場合は、取り付けた装置(食品加工・殺菌・熱処理など)へのブロワによる吸気供給量を増やす、気流循環部の吸気側(大気圧よりも低圧力部分)で外部と接続された箇所のバルブやダンパーを開ける側に操作することで外気(空気)を吸入する、あるいはボイラからの水蒸気供給量や熱風経路中の加湿量を減少する(装置:ウェットスクラバーのようなもの、本発明の感湿部と同様の湿った多孔質材料部を用いる、スプレー(水の供給量を減らす、供給水温度を低くするなど)などの制御を行うとよい。
[Control method of water vapor amount (humidity)]
If the water vapor concentration is higher than the specified value, increase the amount of air supplied by the blower to the installed device (food processing, sterilization, heat treatment, etc.). Operating the valve or damper on the side connected to the outside to open the air (air), or reducing the amount of steam supplied from the boiler and the amount of humidification in the hot air path (apparatus: like a wet scrubber) In addition, it is preferable to perform control such as spraying (reducing the supply amount of water, lowering the supply water temperature, etc.) using a wet porous material portion similar to the moisture sensitive portion of the present invention.

一方、水蒸気濃度(あるいはTsf)が所定の値よりも低い場合は、ブロワ等からの空気供給量を減らす、吸気ダンパーを閉じる方向に制御する、ボイラからの水蒸気供給量(電気ボイラの場合は投入電力)を増加させる、熱風経路中の加湿量が増加する(方法:スプレーの量を増やす、同時に供給水温度を高くする、供給箇所の熱風温度を上昇させておくなど)などの制御を行えばよい。   On the other hand, when the water vapor concentration (or Tsf) is lower than the predetermined value, the air supply amount from the blower or the like is reduced, the intake damper is controlled in the closing direction, the water vapor supply amount from the boiler (in the case of an electric boiler, input) (Such as increasing the amount of spray, simultaneously increasing the supply water temperature, or increasing the hot air temperature at the supply location, etc.) Good.

TsfがPTにおける沸点温度(大気圧では100℃)を超える場合は、測定値が異常であると判断し、警告を出すとともに、濃度の出力を安全な値に変える、表面への水供給量を増加させることで、水蒸気量(湿度)の制御行うことが望ましい。このような状態は、水供給が上手く動作していないとき、あるいは気流温度が異常に高い場合や流速が早く、「蒸発速度が想定外に大きいとき」に起こりえる。   If Tsf exceeds the boiling point temperature in PT (100 ° C at atmospheric pressure), the measured value is judged to be abnormal, a warning is issued, and the concentration output is changed to a safe value. It is desirable to control the amount of water vapor (humidity) by increasing the amount. Such a state can occur when the water supply is not operating properly, or when the airflow temperature is abnormally high, or when the flow rate is fast and “the evaporation rate is unexpectedly high”.

装置内には第1と第3のセンサのみ取り付けた蒸気測定装置を用いることもできる。PTを大気圧と近似でき、毛管吸引力のみで十分に感湿部表面が濡れるように水を供給できる場合である。演算部は,例えば、電圧に変換した第1と第3の温度信号をAD変換・演算した後、水蒸気濃度に対して所定の電圧信号の出力値が得られるように電子回路ならびに演算プログラムを設計し、その出力信号を電圧計で表示し、同時に湿度制御回路や外部装置に出力する構造とするなどである。演算処理と制御には、小型のマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラなどを用いることができる。   A vapor measuring device in which only the first and third sensors are attached can also be used in the device. This is a case where PT can be approximated to atmospheric pressure, and water can be supplied so that the surface of the moisture sensitive portion can be sufficiently wetted only by capillary suction. The calculation unit, for example, designs an electronic circuit and a calculation program so that a predetermined voltage signal output value is obtained for the water vapor concentration after AD conversion and calculation of the first and third temperature signals converted into voltage The output signal is displayed on a voltmeter and simultaneously output to a humidity control circuit or an external device. A small microcomputer, a microprocessor, a microcontroller, or the like can be used for the arithmetic processing and control.

[本発明の蒸気測定装置の利用例]
本発明の測定装置を過熱水蒸気や空気と水蒸気の混合気体を利用するさまざまな装置、あるいは研究開発用の実験装置に組み込むことで、湿度などの処理条件の把握と、装置の高効率化、あるいは処理物と処理目的に応じた最適な処理条件の把握あるいはその条件に制御することができる。また、上記説明では、水蒸気を用いて説明したが、本蒸気測定装置は、水蒸気に限るものではなく、沸点が周囲の気体の温度以下の液体物質についても同様に適用することができる。
[Usage example of the steam measuring apparatus of the present invention]
By incorporating the measuring device of the present invention into various devices that use superheated steam, a mixed gas of air and water vapor, or experimental devices for research and development, it is possible to grasp processing conditions such as humidity, increase the efficiency of the device, or It is possible to grasp or control to the optimum processing conditions according to the processing object and processing purpose. In the above description, the steam is used. However, the steam measuring apparatus is not limited to the steam, and can be similarly applied to a liquid substance having a boiling point equal to or lower than the temperature of the surrounding gas.

実用の形態として、例えば、特開2008−17828号公報の(種子等の熱処理装置)など、気流循環型の連続処理装置に適用することで、湿度(水蒸気の濃度)の管理を行うことができる。   As a practical form, for example, it is possible to manage humidity (water vapor concentration) by applying it to an air circulation type continuous treatment device such as (heat treatment device for seeds) of JP 2008-17828 A. .

業務用厨房で用いられるスチームコンベクションオーブンの庫内や排気部に取り付けることで、余剰な水蒸気の供給を抑えることで高効率化と庫内湿度制御ができる。   By attaching it to the inside of the steam convection oven or the exhaust section of a commercial convection oven, it is possible to increase the efficiency and control the humidity inside the cabinet by suppressing the supply of excess water vapor.

過熱水蒸気、あるいは飽和水蒸気あるいは水蒸気と他の混合気体を使用するオーブンあるいは実験装置等において、熱処理条件を把握し制御するために使用することができる。   It can be used for grasping and controlling the heat treatment conditions in an oven or an experimental apparatus using superheated steam, saturated steam, steam or other mixed gas.

噴霧乾燥機、気流乾燥機、熱処理装置等において、乾燥室からの排気、あるいは装置から外気への排気部にセンサを取り付けることで、排気のエンタルピの測定および運転条件を把握することができる。さらに、これらの装置の湿度を制御することで,品質向上や省エネルギー化を行うことができる。   In a spray dryer, a flash dryer, a heat treatment device, or the like, the enthalpy measurement and operating conditions of the exhaust gas can be grasped by attaching a sensor to the exhaust from the drying chamber or the exhaust part from the device to the outside air. Furthermore, quality control and energy saving can be performed by controlling the humidity of these devices.

[本発明の蒸気測定装置の応用例]
本発明の蒸気測定装置は、さらに、以下のような応用が可能である。
感湿部への水の供給量と排出量の差から水の単位時間あたりの蒸発量(蒸発速度)を測定することで、対流とふく射による伝熱量や熱伝達係数を求めることができる。また、流速と熱伝達係数の関係が既知であれば、流速の測定ができる。
[Application example of the steam measuring apparatus of the present invention]
The vapor measuring apparatus of the present invention can be further applied as follows.
By measuring the evaporation amount (evaporation rate) of water per unit time from the difference between the supply amount and the discharge amount of water to the moisture sensitive part, the heat transfer amount and heat transfer coefficient by convection and radiation can be obtained. If the relationship between the flow velocity and the heat transfer coefficient is known, the flow velocity can be measured.

具体的には、ポンプを使用して、排水タンク・給水タンクを同一のものとし、そのタンクの水量を電子天秤等で詳細に測定することで、蒸発量を測定する。その値は、伝熱量と比例するため、気流−感湿部間の対流(あるいは対流と輻射の複合)熱伝達係数を求めることができる。また、その値から,気流の流速を求めることもできる。さらに、水以外の液体を所定条件、成分の気流中で、上記と同様に流し、同様の測定をすることもできる。これにより、本上記測定装置を用いると、さまざまな物質の熱伝達係数、物質移動係数、その他、流体の熱伝導率・動粘度・流体−液体物質間の拡散係数などについて、概略値を簡便に求めることができる。   Specifically, using a pump, the drainage tank and the water supply tank are the same, and the amount of evaporation is measured by measuring the amount of water in the tank in detail with an electronic balance or the like. Since the value is proportional to the amount of heat transfer, a convection (or a combination of convection and radiation) heat transfer coefficient between the airflow and the moisture sensitive part can be obtained. In addition, the flow velocity of the airflow can be obtained from the value. Furthermore, a liquid other than water can be flowed in the same manner as described above in a predetermined condition and in an air current of components, and the same measurement can be performed. As a result, using this measurement device, the approximate values of the heat transfer coefficient, mass transfer coefficient, and other factors such as the thermal conductivity, kinematic viscosity, and fluid-liquid substance diffusion coefficient of fluids can be simplified. Can be sought.

使用する圧力に適した感湿部の細孔構造と、水の供給、排出方法を適宜選択することで、大気圧での利用に加えて、対流伝熱の寄与が大きい絶対圧で20kPa程度までの減圧下、あるいは大気圧以上の加圧下においても、絶対値の誤差は増大するものの水蒸気と空気の混合比の測定あるいは混合比の定性的な変化傾向のモニタリングができる。   By appropriately selecting the pore structure of the moisture-sensitive part suitable for the pressure to be used and the water supply and discharge method, in addition to the use at atmospheric pressure, the absolute pressure that contributes greatly to convective heat transfer is up to about 20 kPa. Even under a reduced pressure or a pressure higher than atmospheric pressure, although the error of the absolute value increases, the mixing ratio of water vapor and air can be measured or the qualitative change tendency of the mixing ratio can be monitored.

空気以外の他の気体、あるいは適切な液体を感湿部に供給することで、空気―水系以外での気流中の成分濃度の測定に応用できる。   By supplying a gas other than air or an appropriate liquid to the moisture sensitive part, it can be applied to the measurement of the component concentration in the airflow other than the air-water system.

例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール、不凍液などを含む有機溶媒などであっても、この沸点が周囲の気体の温度以下の液体物質であれば、適切な演算式を得ておくことで、気流中の物質濃度を本測定装置で測定することができる。また、2成分以上の液体物質を含む場合においても、感湿部表面の2成分以上の濃度を、電気抵抗、その他のセンサで測定できれば,それぞれの濃度で校正式を得ることで,2成分以上の成分を同時に濃度を測定することができる。すなわち、本発明の蒸気測定装置は、高温での気流中の物質濃度の測定だけでなく、冷凍庫など0℃以下の状態においても気流中の物質濃度の測定を行うことができる。   For example, even if it is an organic solvent including alcohol such as methanol and ethanol, antifreeze, etc., if the boiling point is a liquid substance having a temperature equal to or lower than the temperature of the surrounding gas, by obtaining an appropriate arithmetic expression, The substance concentration can be measured with this measuring apparatus. In addition, even when liquid substances containing two or more components are included, if the concentration of two or more components on the surface of the moisture-sensitive part can be measured with an electrical resistance or other sensor, a calibration equation is obtained for each concentration to obtain two or more components. The concentration of the components can be measured simultaneously. That is, the vapor measuring apparatus of the present invention can measure not only the substance concentration in the airflow at a high temperature but also the substance concentration in the airflow in a state of 0 ° C. or lower such as a freezer.

感湿部の一部の表面を釉薬や高温用シール剤等で水分が移動できない様に加工し、さらに断熱性材料を取り付けることで伝熱と蒸発面の面積を調整する。これにより、本発明の蒸気測定装置の測定精度、あるいは、熱伝達係数を測定する際等の精度を向上させることができる。たとえば、感湿部が円柱状である場合には、その端面を加工することで、端面の影響による誤差を低減できる。   A part of the surface of the moisture sensitive part is processed with glaze or a high temperature sealant so that moisture cannot move, and a heat insulating material is attached to adjust the area of heat transfer and evaporation surface. Thereby, the measurement accuracy of the steam measuring device of the present invention or the accuracy when measuring the heat transfer coefficient can be improved. For example, when the moisture sensitive portion is cylindrical, errors due to the influence of the end face can be reduced by processing the end face.

本蒸気測定装置を水蒸気を測定する装置に組み込んだ場合は、蒸気測定装置の機能以外に加湿センサまたは加湿器としても機能させることができる。具体的には、装置が所定の湿度以下になったことを蒸気測定装置が検知した場合に、装置の制御部に湿度の増加を指示する信号を送り、装置内を加湿する、あるいは装置が所定の湿度以下になったことを蒸気測定装置が検知した場合に、蒸気測定装置が感湿部に多くの水を供給して、蒸気測定装置自体が湿度を供給するなどである。   When this steam measuring device is incorporated in a device for measuring water vapor, it can function as a humidification sensor or a humidifier in addition to the function of the steam measuring device. Specifically, when the steam measuring device detects that the device is below a predetermined humidity, it sends a signal instructing an increase in humidity to the control unit of the device to humidify the inside of the device, or the device is For example, when the steam measuring device detects that the humidity has become lower than the humidity, the steam measuring device supplies a large amount of water to the moisture sensitive portion, and the steam measuring device itself supplies the humidity.

(実施例1) Example 1

市販の常温用空気流量計と、凝縮法で測定した所定量のボイラからの水蒸気を混合させて、所定の水蒸気モル分率の気体を作った。理想気体と考えると水蒸気分圧/全圧と等価である。図5に示す蒸気測定装置(長軸方向の長さ約5cm、外径約9mm)を作製し、ルイスの関係が成立するものとして、感湿部1で測定された温度を断熱冷却温度として水蒸気分圧を求めた。演算は、例えば、文献(伊與田他,日本機械学会2009年度年次大会講演論文集,Vol.3, No.09−1, pp.101−102(2009))など)に記載されている、特に補正を行わない最も簡便な方法を用いている。結果を表1に示す。表1において、校正条件は、上記した作製した気体の所定の水蒸気モル分率を意味し、気流温度は、各気流温度における、上記装置での実際の測定値を意味する。上記製作した装置の感湿部1に用いた多孔質材料の細孔径分布(水銀圧入法)を図8に示す。本実施例で用いた感湿部の空隙率は、約0.5であった。

Figure 2010125998
A commercially available air flow meter for normal temperature and a predetermined amount of water vapor measured by the condensation method were mixed to produce a gas having a predetermined water vapor molar fraction. Considering an ideal gas, it is equivalent to water vapor partial pressure / total pressure. The steam measuring apparatus shown in FIG. 5 (length in the major axis direction: about 5 cm, outer diameter: about 9 mm) is prepared, and the temperature measured by the moisture sensitive part 1 is used as the adiabatic cooling temperature, assuming that the Lewis relationship is established. The partial pressure was determined. The calculation is described in, for example, literature (Ikeda et al., JSME 2009 Annual Conference Proceedings, Vol. 3, No. 09-1, pp. 101-102 (2009)), in particular. The simplest method without correction is used. The results are shown in Table 1. In Table 1, the calibration condition means a predetermined water vapor mole fraction of the produced gas, and the airflow temperature means an actual measurement value in the apparatus at each airflow temperature. FIG. 8 shows the pore size distribution (mercury intrusion method) of the porous material used in the moisture sensitive part 1 of the manufactured device. The porosity of the moisture sensitive part used in this example was about 0.5.
Figure 2010125998

表1から、水蒸気分圧を推算すると、(qcd、qrを0と仮定した場合)最大誤差約5%程度の精度で測定ができていることがわかる。   From Table 1, it can be seen that the water vapor partial pressure is estimated (assuming qcd and qr are 0), and the measurement can be performed with an accuracy of about 5% maximum error.

(実施例2)
図4に記載の装置を用い、作製した空気と水蒸気を切り替える装置(図示せず)を用い、湿度をステップ状に変化させて、応答時間を確認した。実験は、気流流束1m/s、湿球温度80℃から100℃に変える条件で行った。結果を図9に示す。図9から、水蒸気モル分率(湿度)が0〜1まで広範囲で高い応答性で1時間以上安定して測定出来ていることがわかる。なお、グラフ中直線で表されているのは、流量計の概算値を示し、曲線で表されているものが、本蒸気測定装置を用いた場合の計測値を意味する。
(Example 2)
Using the apparatus shown in FIG. 4, the response time was confirmed by changing the humidity in steps, using an apparatus (not shown) for switching between the produced air and water vapor. The experiment was performed under the conditions that the air flow flux was 1 m / s and the wet bulb temperature was changed from 80 ° C to 100 ° C. The results are shown in FIG. From FIG. 9, it can be seen that the water vapor mole fraction (humidity) can be measured stably over 1 hour with high responsiveness over a wide range from 0 to 1. In addition, what is represented by the straight line in a graph shows the approximate value of a flowmeter, and what is represented by the curve means the measured value at the time of using this vapor | steam measuring apparatus.

(実施例3)
気流温度Tgasが約200℃、流速Uが約1m/sで、第1〜第3のセンサの信号を記録した結果を図10に示す。図10から、記録開始後20秒から40秒までの間で気流湿度を,水蒸気モル分率0.4(高湿度空気)から1(過熱水蒸気)まで変化させている。水蒸気モル分率を変えた際に、第1のセンサの温度が変化していることがわかる。また、水蒸気モル分率1の条件で100℃になっていることがわかる。第2のセンサ3(電極を有する電気抵抗式センサ)からの信号E(グラフの右軸スケール)は、水分量が増えると上昇傾向を示し、水が無くなると0Vを示す。図10から、水蒸気モル分率が増加した後、Eは、4.7Vに上昇し、その後,3.8Vへと低下した。このことから、第2のセンサ3付近の水の量は、水蒸気モル分率が1になった後増加し、その後減少するものの、感湿部表面に水が存在する状態を保っていることがわかる。第3のセンサから、測定中の気流温度は約195℃であった。
(Example 3)
FIG. 10 shows the result of recording the signals of the first to third sensors when the airflow temperature Tgas is about 200 ° C. and the flow velocity U is about 1 m / s. From FIG. 10, the airflow humidity is changed from 0.4 (high humidity air) to 1 (superheated steam) from 20 seconds to 40 seconds after the start of recording. It can be seen that the temperature of the first sensor changes when the water vapor mole fraction is changed. Moreover, it turns out that it is 100 degreeC on the conditions of the water vapor | steam molar fraction 1. The signal E (right axis scale of the graph) from the second sensor 3 (electric resistance sensor having an electrode) shows an increasing tendency when the amount of water increases, and indicates 0 V when water is exhausted. From FIG. 10, after the water vapor mole fraction increased, E rose to 4.7V and then dropped to 3.8V. From this, the amount of water in the vicinity of the second sensor 3 increases after the water vapor mole fraction becomes 1, and then decreases, but the state where water is present on the surface of the moisture sensitive portion is maintained. Recognize. From the third sensor, the air temperature during measurement was about 195 ° C.

Claims (15)

多孔質材料で形成される感湿部と、
前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサと
を有する蒸気測定装置であって、
前記感湿部内に、水を供給する供給路と、
前記感湿部内から、水を排出する排出路とを
備えることを特徴とする、蒸気測定装置。
A moisture sensitive portion formed of a porous material;
A vapor measuring device having a first sensor for measuring the temperature near the surface of the moisture sensitive part,
A supply path for supplying water into the moisture sensitive part;
A steam measuring device comprising: a discharge path for discharging water from the inside of the moisture sensitive unit.
多孔質材料で形成される感湿部と、
前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサと
前記感湿部の表面に存在する水分量を測定する第2のセンサと、
を有する蒸気測定装置であって、
前記感湿部内に、水を供給する供給路と、
前記感湿部内から、水を排出する排出路とを
備えることを特徴とする、蒸気測定装置。
A moisture sensitive portion formed of a porous material;
A first sensor that measures the temperature near the surface of the moisture sensitive portion; a second sensor that measures the amount of moisture present on the surface of the moisture sensitive portion;
A steam measuring device comprising:
A supply path for supplying water into the moisture sensitive part;
A steam measuring device comprising: a discharge path for discharging water from the inside of the moisture sensitive unit.
前記蒸気測定装置は、前記第2のセンサにより測定した水分量に基いて、水の供給または水の排出を制御する、制御部を備える、請求項2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 2, further comprising a control unit that controls supply or discharge of water based on the amount of moisture measured by the second sensor. 前記蒸気測定装置は、前記感湿部の周囲の気体の温度を測定する第3の温度センサを備える、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 1, wherein the steam measurement device includes a third temperature sensor that measures a temperature of a gas around the humidity sensing unit. 前記蒸気測定装置は、前記感湿部の表面に存在する水分層の外部の圧力を測定する圧力センサを備える、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 1, wherein the steam measurement device includes a pressure sensor that measures a pressure outside a moisture layer existing on a surface of the moisture sensitive unit. 前記蒸気測定装置は、前記第1のセンサ、第3のセンサ、および圧力センサからのデータを基に、水蒸気量を算出する、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 1, wherein the steam measurement device calculates a water vapor amount based on data from the first sensor, the third sensor, and the pressure sensor. 前記感湿部は、0.1μm〜10μmの細孔と10〜30μmの細孔とが混在した、セラミック多孔材料で形成されている、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The said moisture sensitive part is a vapor | steam measuring apparatus of Claim 1 or 2 currently formed with the ceramic porous material in which the 0.1 micrometer-10 micrometers pore and the 10-30 micrometers pore were mixed. 前記感湿部は、該感湿部の略中央部を貫通する水の流路が設けられている、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measuring device according to claim 1, wherein the moisture sensing unit is provided with a flow path of water penetrating a substantially central portion of the moisture sensing unit. 前記感湿部は、円柱構造であり、円柱の略中央部を貫通する水の流路が設けられている、請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 1, wherein the moisture sensitive portion has a cylindrical structure, and is provided with a water flow path penetrating through a substantially central portion of the column. 前記感湿部は、球形あるいは、球形の一部分の外形状を有する請求項1または2に記載の蒸気測定装置。   The steam measurement device according to claim 1, wherein the moisture sensing unit has a spherical shape or an outer shape of a part of a spherical shape. 第1のセンサ、および第2のセンサが電極構造を有するセンサであって、該電極を介して電気抵抗変化、および/または容量変化を検出する請求項2記載の蒸気測定装置。   The steam measuring device according to claim 2, wherein the first sensor and the second sensor are sensors having an electrode structure, and a change in electric resistance and / or a change in capacitance is detected via the electrode. 多孔質材料で形成される感湿部と、
前記感湿部の表面付近温度を測定する第1のセンサと
を有する蒸気測定装置であって、
前記感湿部内に、水を供給する供給路を、
備えることを特徴とする、蒸気測定装置。
A moisture sensitive portion formed of a porous material;
A vapor measuring device having a first sensor for measuring the temperature near the surface of the moisture sensitive part,
A supply path for supplying water into the moisture sensitive part,
A steam measuring device comprising:
前記感湿部に、沸点が周囲の気体の温度以下の液体物質を供給し、周囲の気体中に含まれるその物質の蒸気濃度を測定する1または2に記載の蒸気測定装置。   3. The vapor measuring apparatus according to 1 or 2, wherein a liquid substance having a boiling point equal to or lower than a temperature of surrounding gas is supplied to the moisture-sensitive part, and the vapor concentration of the substance contained in the surrounding gas is measured. 前記請求項1〜13のいずれかに記載の蒸気測定装置が備えられた装置。   The apparatus provided with the vapor | steam measuring apparatus in any one of the said Claims 1-13. 上記の蒸気測定装置が加湿器または加湿センサとしても機能する、請求項14に記載の装置。
The apparatus according to claim 14, wherein the vapor measuring device also functions as a humidifier or a humidification sensor.
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