KR101671604B1 - 습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조 - Google Patents

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Abstract

습도계는 측정 공간(S1)으로부터 단열부(100)에 의해 구획되는 외부 공간(S2)을 향하여 연장되는 전열부(12)와, 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량(qc)이 일정하게 되도록 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 열을 방출시키는 방열량 제어부(20, 120)와, 측정 공간(S1)의 습도(U)를 산출하는 연산 장치(32)를 구비한다. 연산 장치(32)는 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량이 방열량 제어부(20, 120)에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 전열부(12)에서 측정 공간(S1) 안에 위치하는 부위(12a)에 결로가 발생할 때의 전열부(12)에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 전열부 온도(te)와 측정 공간 온도(t)으로부터 습도(U)를 산출한다.

Description

습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조{HYGROMETER AND CONSTANT-TEMPERATURE/CONSTANT-HUMIDITY CHAMBER PROVIDED WITH SAME}
본 발명은 습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조에 관한 것이다.
일본 등록특허공보 제4837777호에 개시된 바와 같이, 단열부에 의해 구획된 측정 공간과 외부 공간에 걸치도록 배치된, 예를 들어 히트파이프 등의 전열부를 이용하여 측정 공간 안의 습도를 측정할 수 있는 습도계가 공지되어 있다.
또한 본 출원인은 상기 습도계를 개량한 것으로서, 이하의 습도계를 제안하고 있다(일본 공개특허공보 제2012-083206호 참조).
구체적으로, 일본 공개특허공보 제2012-083206호에 개시된 습도계에서는 전열부의 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생된 상태일 때에 검출된 전열부의 온도, 측정 공간의 온도 및 외부 공간의 온도로부터 측정 공간의 습도를 연산하여 구할 수 있다.
일본 공개특허공보 제2012-083206호에 개시된 습도계에 있어서는, 측정 공간의 습도를 구할 때의 연산에서 외부 공간의 온도가 이용된다. 이 때문에 측정 공간의 습도가 일정했다 하더라도, 검출되는 외부 공간의 온도의 변동에 따라, 해당 습도계를 통해 구해진 습도(습도의 수치)가 변동하는 경우가 있다.
[선행기술문헌]
1: 일본 등록특허공보 제4837777호
2: 일본 공개특허공보 제2012-083206호
본 발명의 목적은, 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 측정할 수 있는 습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조를 제공하는 데에 있다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 이하의 식견(識見)에 착안하였다.
이 식견은 전열부에서의 열수지에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 식견은 방열량이 일정하게 되도록 전열부로부터 열이 강제적으로 방출된 경우에, 전열부에서 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생했을 때의 열수지에 관한 것이다. 이와 같이 결로가 발생했을 때, 측정 공간으로부터 전열부로 들어가는 현열(顯熱)과 상기 결로에 의해 전열부에 공급되는 잠열(潛熱)을 합한 열량이 상기 전열부로부터 강제적으로 방출되는 열량과 같아진다고 하는 열수지가, 측정 공간의 습도 및 외부 공간의 온도에 관계없이 성립한다.
이 식견을 바탕으로 하여, 본 발명자는 측정 공간의 수증기압에 착안하여 상기 열수지를 자세히 조사한 결과, 외부 공간의 온도와는 무관하게, 전열부의 온도 및 측정 공간의 온도와 측정 공간의 수증기압 사이에 소정의 관계식이 성립한다는 것을 발견하였다. 여기에서, 습도(상대 습도)는, 포화 수증기압에 대한 수증기압의 분압이다. 이 때문에, 측정 공간의 수증기압과 온도가 구해지면, 측정 공간의 습도(상대 습도)는 이들 수증기압과 온도로부터 용이하게 구할 수 있다.
본 발명은, 이들 각 습도와 측정 공간의 수증기압 사이의 관계식에서 착안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 일 국면에 따른 습도계는, 측정 공간의 습도를 측정하는 습도계이며, 상기 측정 공간으로부터 해당 측정 공간에 대하여 단열부에 의해 구획되는 외부 공간을 향하여 연장되는 전열부와, 상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와, 상기 측정 공간의 습도를 산출하는 연산 장치를 구비한다. 상기 연산 장치는, 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생되어 있을 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 측정 공간의 온도로부터 상기 측정 공간의 습도를 산출한다.
또한, 본 발명의 다른 일 국면에 따른 항온항습조는, 소정의 측정 공간을 둘러싸는 단열부와, 상기 측정 공간의 습도를 측정하는 상기 습도계와, 상기 습도계에 의한 측정 결과에 기초하여 상기 측정 공간 안의 온도 및 습도 중 적어도 한쪽을 조정하는 온습도 조정부를 구비한다.
또한, 본 발명의 다른 일 국면에 따른 습도계는, 공간 안의 습도를 측정하는 습도계이며, 상기 공간 안의 제 1 위치에 배치되는 제 1 단부로부터 해당 제 1 위치와 간격을 둔 제 2 위치에 배치되는 제 2 단부까지 연장되고, 또한 상기 제 1 단부에 상기 공간으로부터 들어온 열을 상기 제 2 단부까지 열운송 가능한 전열부와, 상기 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부의 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와, 상기 측정 공간의 습도를 산출하는 연산 장치를 구비한다. 상기 연산 장치는, 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 적어도 상기 제 1 단부에 결로가 발생되어 있을 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 공간의 온도로부터 상기 공간의 습도를 산출하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조에 의하면, 외부 공간의 온도의 영향을 받지 않고 해당 외부 공간과 단열부에 의해 구획된 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 습도계의 개략 구성도이다.
도 2는 상기 습도계의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 상기 습도계의 전열부에서의 열수지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 습도계의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 습도계의 개략 구성도이다.
도 6a는 측정 공간 안이 고온고습 상태(온도가 85℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계와, 비교예로서의 습도계에 의해 측정된 결과의 일례를 나타낸 도이다.
도 6b는 측정 공간 안이 고온고습 상태(온도가 85℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계와, 제 1 실시형태의 습도계에 의해 측정된 결과의 일례를 나타낸 도이다.
도 7a는 측정 공간 안이 저온고습 상태(온도가 35℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계와, 비교예로서의 습도계에 의해 측정된 결과의 일례를 나타낸 도이다.
도 7b는 측정 공간 안이 저온고습 상태(온도가 35℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계와, 제 1 실시형태의 습도계에 의해 측정된 결과의 일례를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 습도계에서의 전열부 온도센서의 개략 구성을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 습도계를 구비한 항온항습조의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다. 도 2는 도 1에 도시한 습도계의 기능을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 1에 도시한 습도계의 전열부에서의 열수지를 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 습도계의 구성에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 습도계는, 측정 공간(S1) 안의 습도(상대 습도)를 측정하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 전열부(12)와, 전열부 온도센서(전열부 온도검출부, 14)와, 측정 공간 온도센서(측정 공간 온도검출부, 16)와, 펠티에 모듈(펠티에 소자, 22)을 갖는 방열량 제어부(20)와, 습도계 본체(30)를 구비한다.
전열부(12)는 히트파이프로 구성되어 있고, 내부에 작동유체로서의 물이 감압상태로 봉입되어 있음과 동시에 히트파이프 현상을 발생시킬 수 있도록 구성되어 있다. 여기에서 말하는 히트파이프 현상이란, 봉입된 작동유체가 소정의 장소에서 증발과 응축을 반복함으로써, 작동유체가 증발하는 곳으로부터 응축하는 곳으로, 작동유체의 유동에 따라 열이 운송되는 현상을 의미한다.
이 전열부(12)는 측정 공간(S1)으로부터 이 측정 공간(S1)의 외부의 외부 공간(S2)을 향해 연장되어 있다.
여기에서, 측정 공간(S1)은, 예를 들어 단열벽(100, 단열부)에 의해 둘러싸인 항온항습조(101)의 내측 공간이다. 한편 외부 공간(S2)은, 상기 항온항습조(101)의 외측의 공간이다. 즉, 이 항온항습조(101)는 습도계(10)를 구비한다.
구체적으로, 항온항습조(101)는 측정 공간(S1)을 둘러싸는 단열벽(단열부, 100)과, 습도계(10)와, 온습도 조정부(102)를 구비하고, 측정 공간(S1, 상세하게는 측정 공간(S1) 안의 공기)의 온도와 습도를 제어할 수 있다. 이 항온항습조(101)의 천정부를 구성하는 단열벽(100)에는 외부 공간(S2)으로부터 측정 공간(S1)을 향해 파인 오목부(100a)가 형성되어 있다. 이 오목부(100a)에는 방열량 제어부(20)의 펠티에 모듈(22)이 끼워 넣어져 있다. 오목부(100a)의 바닥부에는 측정 공간(S1)과 외부 공간(S2)를 연통하는 관통공(100b)이 형성되어 있다.
온습도 조정부(102)는 습도계(10)에 의한 측정결과에 기초하여, 측정 공간(S1) 안의 온도(측정 공간 온도, t) 및 습도(U) 중 적어도 일측을 조정한다.
전열부(12)는 일측 단부(12b)가 관통공(100b)에 삽입되어 있다. 그리고, 전열부(12)는 오목부(100a)에 끼워 넣어진 펠티에 모듈(22)과 열전도(열교환) 가능하게 접속되어 있다. 전열부(12)의 타측 단부의 부위(12a)는 측정 공간(S1) 안에 위치(노출)해 있다. 이하에서는 전열부(12)에서의 상기 측정 공간(S1) 안에 위치하는 부위를 내측 부위(12a)라 칭한다. 이 전열부(12)는 수직으로 기립한 자세로 배설되는 것만이 아닌, 히트파이프 현상이 발생 가능하다면 기울어진 자세로 배설되어도 되며, 또한 수평자세로 배설되어도 된다.
또한, 본 실시형태에서는 전열부(12)로서 히트파이프가 이용되나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 전열부(12)는 중실(中實, 속이 비지 않은) 구리봉(solid copper bar)등이어도 된다. 즉, 전열부(12)는, 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)에 열이 들어올 때의 열저항 및 방열량 제어부(20)에 의해 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)에 열이 방출될 때의 열저항에 비해, 전열부(12)의 표면을 따라 또는 전열부(12)의 내부를 열이 이동할 때의 열저항이 매우 작아지도록 구성되어 있는 것이면 된다.
전열부 온도센서(14)는, 상대 습도(U)를 구하기 위한 연산에 이용되는 전열부(12)의 온도(전열부 온도, te)를 검출하는 센서이다. 본 실시형태의 전열부 온도센서(14)는 전열부(12)의 외면(표면) 온도를 검출하고 그 검출결과에 대응하는 신호를 출력한다. 구체적으로, 전열부 온도센서(14)는 측정 공간(S1) 안에 위치하는 내측 부위(12a)의 단부 근방의 외면에 부착되어 있다. 또한 전열부 온도센서(14)는 전열부(12, 내측부위(12a))의 외면에 접하도록 배치되지 않아도 된다. 즉, 전열부 온도센서(14)는 전열부(12)의 온도를 비접촉으로 측정하는 구성이어도 되며, 전열부(12) 안에 매설된 상태로 전열부(12)의 온도를 측정하는 구성이어도 된다. 또한 전열부 온도센서(14)는 전열부(12)가 히트파이프로 구성되는 경우에, 히트파이프의 내면에 접하도록 배치되어도 된다.
측정 공간 온도센서(16)는 상대 습도(U)를 구하기 위한 연산에 이용되는 측정 공간(S1)의 온도(측정 공간 온도, t)를 검출하는 센서이다. 이 측정 공간 온도센서(16)는 측정 공간(S1) 안에 배설되어 있고, 측정 공간(S1) 안의 온도(t)를 검출하여 그 검출결과에 대응하는 신호를 출력한다.
방열량 제어부(20)는 펠티에 모듈(22)과, 펠티에 모듈(22)에 전력을 공급하는 전력 공급부(24)를 구비한다. 이 방열량 제어부(20)는 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록, 전력 공급부(24)로부터 펠티에 모듈(22)로의 전력 공급량을 제어한다.
펠티에 모듈(펠티에 소자, 22)은 항온항습조(101)의 오목부(100a)에 끼워 넣어진 상태로 전열부(12)의 타측 단부(12b)에 접속되어 있다. 구체적으로, 펠티에 모듈(22)은 흡열 부위(냉각 부위, 22a)와 방열 부위(가열 부위, 22b)를 갖는다. 흡열 부위(22a)는 오목부(100a)에 끼워 넣어진 상태로 전열부(12)의 타측의 단부(12b)에 열교환 가능(냉각 가능)하게 접속되어 있다. 펠티에 모듈(22)이 이러한 형태로 배치됨으로써, 전열부(12)에서의 내측 부위(12a) 이외의 부위는 단열벽(단열부, 100)과 펠티에 모듈(22)에 의해 둘러싸인다. 이와 같이, 전열부(12)의 일 단부(타측 단부(12b))가 외부 공간(S2)에 노출되지 않고, 전열부(12)의 일단부로부터 외부 공간(S2)으로 펠티에 모듈(22)을 통해서만 열을 방출할 수 있는 배치(전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 직접 방열하는 것이 불가능한 상태)로 되어 있다. 이 때문에, 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량을 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 습도계(10)는 펠티에 모듈(22)에 공급되는 전력을 제어함으로써, 전열부(12)로부터 펠티에 모듈(22)을 통해 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량을 제어한다.
이 펠티에 모듈(22)에서는, 전력 공급부(24)로부터 전력이 공급되면 흡열부위(22a)가 전열부(12)의 타측 단부(12b)로부터 흡열(즉, 타측 단부(12b)를 냉각)하고, 이 열을 방열 부위(22b)가 외부 공간(S2)으로 방출한다. 이때 전열부(12)에서는 내측 부위(12a) 안에서 작동유체가 증발함과 동시에 타측 단부(12b) 안에서 기체 상태의 작동유체가 응축하고, 이에 따라 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)의 내측 부위(12a)로 들어온 열이 타측 단부(12b)까지 이동하여 펠티에 모듈(22)에 전열된다.
전력 공급부(24)는 펠티에 모듈(22)에 대하여 일정 전력을 공급할 수 있다. 본 실시형태의 전력 공급부(24)는 습도계 본체(30)의 내부에 배치되어 있으나, 이 배치에 한정되는 것은 아니며, 습도계 본체(30)와 별개로 설치되어도 된다.
이 전력 공급부(24)가 펠티에 모듈(22)에 대하여 일정 전력을 공급함(예를 들어 일정 전압을 인가, 또는 일정 전류를 공급함)으로써, 펠티에 모듈(22)을 통해 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량은 일정하게 된다.
습도계 본체(30)는 측정 공간(S1) 안의 습도(U)를 산출하고, 이 산출된 습도(U)를 표시(출력)한다. 이 습도계 본체(30)는 상대 습도(U)를 산출하는 연산부(연산 장치, 32)와, 연산부(32)에서의 연산 결과를 외부로 출력하는 출력부(34)와, 전력 공급부(24)를 구비한다. 본 실시형태의 습도계 본체(30)에는 각 센서(14, 16)가 분리 가능하게 접속되어 있다.
연산부(32)는 각 센서(14, 16)로부터의 신호를 받아 습도(U)를 산출한다. 구체적으로, 연산부(32)는 전열부 온도센서(14)에 의해 검출된 전열부 온도(te)와, 측정 공간 온도센서(16)에 의해 검출된 측정 공간 온도(t)를 이용하여 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)를 산출한다. 상세하게는, 연산부(32)에는 이하의 식 (1)(소정의 관계식)과 이하의 식 (2)가 미리 저장되어 있고, 해당 연산부(32)는 이들 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여 전열부 온도(te) 및 측정 공간 온도(t)로부터 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)를 연산한다.
[식 1]
Figure 112014095629347-pct00001
[식 2]
Figure 112014095629347-pct00002
여기에서 식 (1)의 A는 계수이며, t는 측정 공간 온도(측정 공간(S1) 안의 공기의 온도)이고, te는 전열부 온도(전열부(12)의 표면 온도)이고, ese는 전열부 온도(te)에서의 포화 수증기압이고, p는 측정 공간(S1)의 압력이고, δ는 경막 두께이며, qc는 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로의 방열량이다. 또한 식 (2)의 es는 측정 공간 온도(t)에서의 포화 수증기압이다.
구체적으로, 연산부(32)는 먼저 식 (1)을 이용하여 전열부 온도(te) 및 측정 공간 온도(t)로부터 측정 공간(S1)의 수증기압(수증기 분압, e)을 산출한다. 이어서, 연산부(32)는 식 (2)를 이용하여 이 수증기압(e)과 측정 공간 온도(t)에서의 포화 수증기압(es)으로부터 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)를 산출한다. 이때 이용되는 포화 수증기압(es)은, 미리 연산부(32)에 저장된 테이블에 기억된 데이터로부터 연산부(32)에 의해 읽혀져서 산출된 것이다. 테이블에는, 예를 들어 온도와 각 온도에서의 포화 수증기압이 대응된 데이터가 기억되어 있다.
식 (1)은 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량(qc)이 일정하게 되도록, 열이 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 강제적으로 방출되는 상태로서 내측 부위(12b)에 결로가 발생하고 있는 상태인 경우에서의, 전열부(12)에 있어서의 열수지에 기초하는 식이다. 이 식 (1)은 이하와 같이 하여 구해진다.
외부 공간(S2)으로 방출되는 열량(qc)이 일정하게 되도록 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 열이 강제적으로 방출되면, 전열부(12) 안의 작동 유체에 의해 측정 공간(S1) 측으로부터 외부 공간(S2) 측(타측 단부(12b))을 향해 열이 운송된다. 이로써 전열부 온도(te)가 측정 공간(S1)의 노점(露店, 이슬점) 이하가 되어, 전열부(12)의 내측 부위(12a)에 결로가 발생한다. 이때의 결로에 의해 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)로 공급되는 잠열을 qCon이라 하고, 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)로 들어가는 현열을 qHeat라 하면, 잠열(qCon)과 현열(qHeat)은 각각 이하의 식 (3-1) 및 식 (3-2)으로 표현된다.
[식 3]
Figure 112014095629347-pct00003
식 (3-1) 및 식 (3-2)에서, Hv는 물의 잠열이고, D는 수증기 확산 계수이고, P0는 대기압이고, R은 기체 정수이며, λ는 공기의 열전도율이다.
여기에서, 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량(qc)이 일정하게 되도록, 열이 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)에 강제적으로 방출된 경우에 있어서, 전열부(12)의 내측 부위(12a)에 결로가 발생된다고 한다. 이때 아래의 열수지가 측정 공간(S1)의 상대 습도(U) 및 외부 공간(S2)의 온도에 관계없이 성립한다. 이 열수지란, 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)로 들어가는 현열(qHeat)과, 상기 결로에 의해 전열부(12)로 공급되는 잠열(qCon)을 합한 열량이, 상기 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 강제적으로 방출되는 열량(qc)과 동등하게 되는데, 이러한 것이 열수지이다.
따라서 qCon, qHeat, qc 사이에는 아래의 식 (4)에 의해 표시되는 관계가 성립된다(도 3 참조).
[식 4]
q c = q Con + q Heat ··· (4)
그리고 식 (4)에 상기의 식 (3-1) 및 식 (3-2)을 대입하여 정리함으로써, 측정 공간(S1) 안의 공기의 수증기압(e)을 구하기 위한 관계식 (5)가 성립된다.
[식 5]
Figure 112014095629347-pct00004
··· (5)
이 식 (5)에서의 제 2항의 점선으로 둘러싸인 식과, 제 3항의 점선으로 둘러싸인 식을 각각 계수 A로 교체함으로써, 상기의 식 (1)을 얻을 수 있다.
출력부(34)는 연산부(32)의 연산결과를 받아 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)를 출력한다. 본 실시형태의 출력부(34)는 연산 결과를 표시하도록 구성되어 있다. 또한 출력부(34)는 연산 결과를 표시하는 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 출력부는 액정 디스플레이 등의 외부 표시장치 등에 상기 연산 결과 등을 표시시키기 위한 신호를 출력하도록 구성되어도 된다. 또한 출력부는 인쇄 등을 통해 출력하도록 구성되어도 된다.
상기 형태로 구성되는 습도계(10)에서는 아래와 같은 형태로 하여 측정 공간(S1)의 습도(U)가 측정된다.
먼저, 습도계 본체(30)가 기동되면 전력 공급부(24)가 펠티에 모듈(22)에 일정 전력을 공급한다. 본 실시형태에서는 전력 공급부(24)가 펠티에 모듈(22)에 대하여 일정 전류를 공급한다. 이에 따라, 펠티에 모듈(22)을 통한 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로의 방열량(qc)을 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 전열부(12)의 내측 부위(12a)의 온도가 저하되어 측정 공간(S1)의 노점 온도 이하로 된다. 이로 인해 내측부위(12a)에 결로가 발생한다. 이 상태가 소정의 시간 동안 지속되면, 전열부(12)의 온도가 평형상태가 되어 안정된다.
이어서, 연산부(32)는 전열부 온도센서(14)의 검출결과를 나타내는 신호(즉, 전열부 온도(te)를 나타내는 신호)와 측정 공간 온도센서(16)의 검출결과를 나타내는 신호(즉, 측정 공간 온도(t)를 나타내는 신호)를 받는다. 그리고 연산부(32)는 각 온도센서(14, 16)들로부터의 각 신호가 나타내는 온도를 각각 식 (1)에 대입하여 연산하고, 이를 통해 측정 공간(S1)의 수증기압(e)을 산출한다.
예를 들어, 도 3에 도시한 예에서는 전열부 온도(te)가 79.6℃, 측정 공간 온도(t)가 85.0℃, 펠티에 모듈(22)에 의해 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량(방열량(hounetsuryo))이 20336W/m2인 경우를 나타내고 있다. 이때 연산부(32)는 이 수치들을 식 (1)에 대입함으로써 수증기압(e)을 구한다. 이어서, 연산부(32)는 측정 공간(S1)의 수증기압(e)이 산출되면, 이 수증기압(e, 도 3에 도시한 예에서는 e=49.1)과 측정 공간 온도센서(16)에 의해 검출된 측정 공간 온도(t)에서의 포화 수증기압(es)을 식 (2)에 각각 대입하여 상대 습도(U)를 연산한다.
[식 6]
Figure 112014095629347-pct00005
이를 통해 구해진 측정 공간(S1)의 상대 습도(U, 상기 예에서는 85%)가 연산부(32)에 의해 출력부(34)에 출력된다. 출력부(34)는 연산부(32)에 의해 산출된 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)를 표시(출력)한다.
이상의 습도계(10)에 의하면, 방출되는 열량(전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로의 방열량, qc)이 일정하게 되도록, 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 강제적으로 열을 방출시킴으로써 전열부(12)의 측정 공간(S1) 안에 위치하는 부위(12a)를 결로시킨다. 이를 전제로 식 (1)을 이용하여 측정 공간(S1)의 습도를 도출한다. 이로 인해 외부 공간(S2)의 온도의 영향을 받지 않고 측정 공간(S1)의 습도(U)를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
구체적으로는, 외부 공간(S2)의 온도를 매개 변수로서 이용하지 않는 식 (1) 및 식 (2)을 통해 습도(U)를 구할 수 있다. 이로 인해 습도(U)의 산출에 있어서 외부 공간(S2)의 온도의 영향을 억제할 수 있다. 게다가 방열량(qc)이 일정(소정의 수치)하게 되도록 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 강제적으로 열을 방출시킴으로써, 전열부(12)의 온도가 외부 공간(S2)의 온도 및 그 변동에 영향을 받지 않고 안정된다. 이 때문에, 습도계(10)에서는 식 (1)에서 외부 공간(S2)에 방열하는 전열부(12)의 온도(전열부 온도)가 매개 변수로서 이용되고 있음에도 불구하고, 상기 외부 공간(S2)의 온도 및 그 변동에 영향을 받지 않고 측정 공간(S1)의 습도를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 이 습도계(10)는 종래의 건습구 습도계와 같이 심지(wick)를 필요로 하지 않기 때문에, 오래되어 물 흡수가 나빠질 때마다 심지를 교환하는 것과 같은 유지 보수에 따른 작업 부담을 경감할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 습도계(10)에서는 유지 보수에 따른 작업 부담을 경감하면서, 구조를 간략화하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 따른 습도계(10)에서는 전열부 온도센서(14)에 의해 전열부(12)의 외면(표면) 온도를 검출하고 있기 때문에, 전열부(12)의 온도를 해당 전열부(12)의 내부에서 검출하는 경우에 비해 전열부(12)의 구조 및 전열부 온도센서(14)의 구조를 간략화할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 따른 습도계(10)에서는 전열부 온도센서(14)가 내측 부위(12a, 본 실시형태에서는 측정 공간(S1) 측의 단부 근방)의 외면(표면) 온도를 검출하고 있다. 하지만 전열부 온도센서(14)에 의해 전열부 온도(te)가 검출되는 위치는, 이 위치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전열부 온도센서(14)는 단열벽(100)의 안에 있는 전열부(12)의 표면 온도를 검출하도록 배치되어 있어도 된다. 전열부(12)의 외부(표면) 온도는 바람 등의 외부 환경에 의한 영향을 받기 쉬우므로, 전열부 온도센서(14)는 바람 등의 영향을 받기 어려운 단열벽(100) 안의 위치에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 전열부 온도센서(14)에 의해 측정된 온도를 이용하여 습도(U)가 산출됨으로써, 구해진 습도(U)에서의 외부 환경에 의한 오차가 더욱 억제된다.
<제 2 실시형태>
본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 제 2 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성에는 동일 부호를 사용함과 동시에 설명을 생략하고, 다른 구성에 대해서만 설명한다.
제 2 실시형태의 습도계(10A)는 전열부(12)의 배치와 방열량 제어부(120)의 구성에 있어서 제 1 실시형태의 습도계(10)와 상이하다.
전열부(12)는 단열벽(100)을 관통하도록 배치되어 있다. 즉, 전열부(12)는 측정 공간(S1) 안과 이 측정 공간(S1)의 외측의 외부 공간(S2)에 걸쳐서 배치되어 있다. 따라서, 전열부(12)의 일단부는 측정 공간(S1) 안에 위치하고 있으며, 전열부(12)의 타단부는 외부 공간(S2) 안에 위치하고 있다. 이하에서는 전열부(12) 중 외부 공간(S2) 안에 위치하는 부위를 외측 부위(12c)라 한다.
방열량 제어부(120)는 공기 공급부(122)와, 온도 조정부(124)와, 가이드부(126)를 구비한다.
공기 공급부(122)는 전열부(12)의 외측 부위(외부 공간(S2) 측에 돌출되어 있는 부위, 12c)를 향한 공기(외기)의 흐름을 형성한다. 본 실시형태에 있어서 공기 공급부(122)는 송풍팬이다. 이 공기 공급부(122)는 일정 풍량이 되도록 외측 부위(12c)를 향해 송풍한다. 본 실시형태의 공기 공급부(122)는 외측 부위(12c)의 돌출방향 선단으로부터 단열벽(100, 외측 부위(12c)의 기단(基端)) 측을 향한 방향으로 송풍한다.
온도 조정부(124)는 공기 냉각부(124a)와 제어부(124b)를 갖는다.
공기 냉각부(124a)는 공기 공급부(122)와 외측 부위(12c) 사이에 배치되고, 공기 공급부(122)로부터 외측 부위(12c)를 향하는 공기의 온도를 조정한다. 이 공기 냉각부(124a)는 공기 공급부(122)로부터 공급된 공기의 온도를 검출하는 온도센서(도시 생략)를 갖는다.
제어부(124b)는 공기 냉각부(124a)의 도시 생략된 온도센서에 의해 검출된 온도(공기 공급부(122)로부터 공급된 공기의 온도)에 기초하여, 공기 냉각부(124a)의 냉각 능력을 제어한다. 공기 냉각부(124a)의 냉각 능력이 조정됨으로써, 외측 부위(12c)에 공급되는 공기의 온도가 일정하게 유지된다.
상기의 습도계(10A)에 의해서도, 방출되는 열량(전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로의 방열량, qc)이 일정하게 되도록 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 강제적으로 열을 방출시킬 수 있다. 이로 인해, 전열부(12)에서 측정 공간 안에 위치하는 부위(12a)가 결로되고, 이를 전제로 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여 측정 공간(S1)의 습도가 도출된다. 이 때문에, 외부 공간(S2)의 온도의 영향을 받지 않고 측정 공간(S1)의 습도(U)를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
가이드부(126)는 공기 냉각부(124a)에 의해 온도 조정된 후의 공기를 외측 부위(12c)로 안내한다. 이 가이드부(126)가 온도 조정 후의 공기를 안내함으로써, 온도 조정 후의 공기의 흐름에 외기가 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해 일정 온도(소정의 온도)의 공기가 일정 풍량으로 외측부위(12c)로 도달한다. 그리고 외측부위(12c)로부터의 열을 받은 공기는 가이드부(126)에서의 단열벽(100) 측의 단부 개구로부터 외부 공간(S2)으로 방출된다.
또한, 그 외의 구성, 작용 및 효과에 대해서는 설명을 생략하지만, 상기 제 1 실시형태와 동일하다.
<제 3 실시형태>
본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 제 3 실시형태에서는 상기 제 1 및 제 2 실시형태와 동일한 구성에는 동일 부호를 사용함과 동시에 설명을 생략하고, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
제 3 실시형태의 습도계(10B)는 제 1 및 제 2 실시형태의 습도계(10, 10A)와 달리, 습도계(10B)의 모든 구성이 하나의 공간(측정 공간, S1) 안에 배치 가능하다. 즉, 제 3 실시형태의 습도계(10B)에 의하면 전열부(12B)의 열을 습도를 측정하는 공간(측정 공간, S1)과 구획된 공간(제 1 및 제 2 실시형태에서는 외부 공간)으로 방출하지 않고도 측정 공간(S1)의 습도를 측정할 수 있다. 바꿔 말하면, 제 3 실시형태의 습도계(10B)에 의하면 전열부(12)의 열을 측정 공간(S1) 안으로 방출하면서, 측정 공간(S1)의 습도를 측정하는 것이 가능하다.
전열부(12B)는 제 1 단부(120a)로부터 제 2 단부(120b)까지 연장되는 형상을 가지며, 측정 공간(S1)으로부터 제 1 단부(120a)로 들어온 열을 제 2 단부(120b)까지 운송 가능하다. 제 3 실시형태에서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 전열부(12B)는 히트파이프이다. 제 3 실시형태의 전열부(12B)는 제 1 및 제 2 실시형태의 전열부(12)보다도 짧다. 이것은 다음과 같은 이유 때문이다. 전열부(12B)의 온도와 측정 공간(S1)과의 온도차가 작기 때문에, 제 3 실시형태에서는 방열량 제어부(20B, 자세하게는 펠티에 모듈(22))에 의한 전열부(12B)의 제 2 단부(120b)로부터 측정 공간(S1)으로의 방열 가능량이 적어진다. 이 때문에, 전열부(12B)에서 측정 공간(S1)으로부터의 열(현열)이 들어오는 부위(도 5에 있어서의 단열부재(110)보다도 하단측의 부위)의 표면적을 작게 함으로써, 제 2 단부(120b)로부터의 방열량이 적어도 해당 부위를 쉽게 결로시킬 수 있다. 따라서, 제 3 실시형태의 전열부(12B)는 제 1 및 제 2 실시형태의 전열부(12) 보다도 짧게 되어 있다. 이로 인해 습도계(10B)의 측정 범위가 넓어진다.
또한, 전열부(12B)는 수직으로 기립한 자세로 배설된다. 이것은 본 실시형태와 같이 전열부(12B)가 히트파이프에 의해 구성되어 있는 경우, 히트파이프가 기립한 자세가 되도록 배치됨으로 인해 히트파이프의 열저항이 작아지게 되고, 이로 인해 제 2 단부(120b)로부터의 방열량을 증가시키는 것이 가능하기 때문이다. 그 결과, 본 실시형태와 같이, 펠티에 모듈(22)에 의한 방열 가능량이 적어도 제 1 단부(120a) 측의 부위가 쉽게 결로된다.
방열량 제어부(20B)는 펠티에 모듈(22) 및 전력 공급부(24) 이외에, 단열부재(110)를 구비한다.
단열부재(110)는 전열부(12B)의 제 2 단부(120b)를 둘러싸듯이 배치된다. 이 단열부재(110)는 전열부(12B)에서 히트파이프 현상을 쉽게 일어나게 한다. 또한 히트파이프 현상이란, 상술한 바와 같이, 봉입된 작동유체가 소정의 장소에서 증발과 응축을 반복함으로써, 작동유체가 증발하는 곳으로부터 응축하는 곳으로, 작동유체의 유동에 따라 열이 운송되는 현상을 의미한다. 또한 단열부재(110)는 전열부(12B)에서의 열 운송을 실행하기 쉽게 하기 위해 설치되어 있는 것이 바람직하나, 필수는 아니다.
측정 공간 온도센서(16)는 측정 공간(S1) 안에서 발열량 제어부(20B, 펠티에 모듈(22)의 방열 부위(22b))로부터의 방열의 영향을 받지 않는 위치에 배치된다.
이상에서 설명한 구성의 습도계(10B)는 방출되는 열량(전열부(12B)로부터 측정 부위(S1)로의 방열량)이 일정하게 되도록, 열이 전열부(12B)의 제 2 단부(120b)로부터 측정 공간(S1)으로 강제적으로 방출된다. 이로 인해, 적어도 전열부(12B)의 제 1 단부(120a)가 결로한다. 그리고 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여 습도(U)가 연산됨으로써, 측정 공간 온도(t)가 변동하여도 각 온도(t)에서의 공간의 습도(U)를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한 이 외의 구성, 작용 및 효과에 대해서는 설명을 생략하지만, 상기 제 1 및 제 2 실시형태와 동일하다.
실시예
여기에서, 제 1 실시형태의 습도계와 비교예로서의 습도계를 통해 측정 공간의 습도를 측정한 결과를 이하에 나타낸다. 이 비교예로서의 습도계는 전열부가 측정 공간으로부터 외부 공간에 걸쳐 배치된다. 비교예의 습도계는 전열부에서 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생한 상태일 때에 검출되는 전열부의 온도, 측정 공간의 온도 및 외부 공간의 온도로부터 측정 공간의 습도가 연산을 통해 구해진다. 비교예에 있어서도, 전열부로서 히트파이프가 이용되고 있다.
도 6a는 측정 공간 안이 고온고습상태(예를 들어 온도가 85℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계(파선)에 의해 측정된 결과와, 상기 비교예로서의 습도계(실선)에 의해 측정된 결과가 도시되어 있다. 도 6b는 측정 공간 안이 고온고습상태(예를 들어 온도가 85℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계(파선)에 의해 측정된 결과와, 제 1 실시형태의 습도계(실선)에 의해 측정된 결과를 도시하고 있다. 도 7a는 측정 공간 안이 저온고습상태(예를 들어 온도가 35℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계(파선)에 의해 측정된 결과와, 상기 비교예로서의 습도계(실선)에 의해 측정된 결과가 도시되어 있다. 도 7b에는 측정 공간 안이 저온고습상태(예를 들어 온도가 35℃, 습도가 85%인 상태)일 때에 건습구 습도계(파선)에 의해 측정된 결과와, 제 1 실시형태의 습도계(실선)에 의해 측정된 결과가 도시되어 있다.
도 6a와 도 6b의 비교 및 도 7a와 도 7b의 비교로부터, 제 1 실시형태의 습도계는 비교예로서의 습도계에 비해 측정결과 수치의 기복(그래프에 있어서의 상하의 기복)이 적은 안정된 수치(측정치)를 얻은 것이 확인되었다. 즉, 습도를 구하기 위한 연산에 외기 온도가 이용되는 비교예로서의 습도계에 비해, 제 1 실시형태의 습도계는 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 측정 가능하다는 것이 확인되었다.
또한 도 6b 및 도 7b에서의 실선으로 도시한 파형과 파선으로 도시한 파형의 비교로부터, 제 1 실시형태의 습도계는 건습구 습도계와 마찬가지로, 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 습도계는 상기 제 1~ 제 3 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 종류의 변경을 추가할 수 있는 것은 물론이다.
방열량 제어부의 구체적인 구성은 상기 각 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 (또는 제 3) 실시형태의 방열량 제어부(20)는 펠티에 모듈(22)에 의해 전열부(12)로부터 외부 공간(S2, 또는 측정 공간(S1))으로의 방열량이 일정하게 유지되고, 또한 제 2 실시형태의 방열량 제어부는 온도 조정된 공기를 송풍함으로써 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로의 방열량이 일정하게 유지되고 있다. 그러나 이것들에 한정되지 않는다. 방열량 제어부는, 예를 들어 펠티에 모듈(22) 이외의 냉각장치나 온도 조정된 물(유체)를 이용하여 방열량이 일정하게 되도록 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)으로 열을 방출시키는 것이 가능한 구성이어도 된다.
또한, 상기 제 1 실시형태의 습도계(10)는 전열부(12)의 일단부(12b)가 단열벽(100)과 펠티에 모듈(22)에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 전열부(12)의 일단부(12b)가 외부 공간(S2)에 노출되어 있지 않다. 그러나 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전열부(12)에서 외부 공간(S2)에 노출된 부분으로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량과, 펠티에 모듈(22)에 의해 전열부(12)로부터 외부 공간(S2)에 방출되는 열량을 합한 열량을 일정하게 유지할 수 있는 구성이라면, 전열부(12)의 일부가 외부 공간(S2)으로 노출된 구성이어도 된다. 또는 상기 외부 공간(S2)에 노출된 부위로부터 외부 공간(S2)으로 방출되는 열량이 오차 범위 내에 들어가는 구성인 경우에도, 전열부(12)의 일부가 외부 공간(S2)에 노출된 구성이어도 된다.
제 1 ~ 제 3 실시형태의 연산부(32)는 식 (1) 및 식 (2)를 미리 저장해 두고 이 식들을 이용하여 습도를 산출하고 있으나, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 식 (1) 및 식 (2)로부터 각 측정 공간 온도(t), 각 전열부 온도(te)에 대한 상대 습도(U)를 각각 구하여, 측정 공간 온도(t)와 각 전열부 온도(te)와 습도(U)를 대응시켜 테이블을 작성해 두고, 이를 연산부(32)에 미리 저장해 두어도 된다. 이 경우, 연산부(32)는 이 테이블을 이용하여 습도(U)를 구할 수 있게 된다.
상기 제 1 ~ 제 3 실시형태의 습도계(10, 10A, 10B)는 측정 공간(S1)의 상대 습도(U)만을 도출하고 있으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 습도계는 상대습도(U)에 더하여, 구해진 상대 습도(U)와 검출한 측정 공간 온도(t)로부터 측정 공간(S1)의 노점을 구해도 된다.
상기 제 1 ~ 제 3 실시형태의 습도계(10, 10A, 10B)는 전열부 온도센서(14)와 측정 공간 온도센서(16)를 구비하고 있으나, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 습도계의 연산부가 다른 기구로부터 입력된 전열부 온도(te) 및 측정 공간 온도(t)를 이용하여 습도(U)를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
상기 제 3 실시형태의 습도계(10B)에서는 펠티에 모듈(22)을 이용하여 전열부(12B)의 제 2 단부(120b)로부터 일정 방열량으로 열을 측정 공간(S1)에 방출하고 있다. 그러나 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 2 실시형태의 습도계(10A)와 같은 공기 공급부(122)와 온도 조정부(124)와 가이드부(126)을 이용하여 전열부(12B)의 제 2 단부(120b)로부터 열을 방출시켜도 좋다. 이 경우, 공기 공급부에 의한 공기의 흐름이 전열부(12B)에서의 습도의 측정 부위(즉, 전열부(12B)에 있어서 측정 공간(S1)의 열이 해당 전열부(12B)에 들어가는 부위)에 닿지 않도록 공기 공급부, 온도 조정부 및 가이드부가 배치 또는 구성된다.
상기 제 1 ~ 제 3 실시형태의 전열부(12),(12A)는 모두 직선으로 연장되어 있으나, 도중에 만곡 또는 굴곡이 있어도 된다.
상기 제 1 ~ 제 3 실시형태의 습도계는 전열부(12)의 습도(Te)로서 전열부의 외면(표면)에 부착된 전열부 온도센서(14)에 의해 검출된 외면(표면) 온도가 채택되어 있다. 그러나 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전열부 온도센서(14)는 전열부(12)의 내부 온도를 검출하도록 구성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 전열부(12)가 히트파이프로 구성되는 경우, 도 8에 도시된 것과 같이, 전열부(12)는 내관(12i)과 그 외측을 둘러싸는 외관(12o)을 갖는 이중관 구조로 된다. 전열부(12)에는 내관(12i)과 외관(12o) 사이의 공간에서 히트파이프 현상이 일어나도록 작동유체가 봉입된다. 내관(12i) 안에는 전열부 온도센서(14)의 온도 검출 부재(도 8에서는 시스(sheath)열전대, 4a)가 삽입된다. 이와 같이 구성함으로써, 전열부(12)의 내부 온도(내관(12i)의 관벽의 온도)를 검출할 수 있다. 또한 도 8에는 전열부(12)가 제 2 실시형태와 같이 단열벽(100)을 관통하는 구성이 도시되어 있다. 그러나 전열부 온도센서(14)가 전열부(12)의 내부 온도를 검출하는 구성은, 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태와 같이, 전열부(12)의 일단부(12)가 단열벽 안에 배치되도록 구성해도 좋다.
[실시 형태의 개요]
여기에서 상기 실시형태에 대하여 개략적으로 설명한다.
(1) 상기 실시형태의 습도계는 측정 공간의 습도를 측정하는 습도계이며, 상기 측정 공간으로부터 해당 측정 공간에 대하여 단열부에 의해 구획되는 외부 공간을 향하여 연장되는 전열부와, 상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와, 상기 측정공간의 습도를 산출하는 연산 장치를 구비한다. 상기 연산 장치는, 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생할 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 측정 공간의 온도로부터 상기 측정 공간의 습도를 산출한다.
상기 습도계에 의하면, 전열부로부터 방출되는 열량(전열부로부터 외부 공간으로의 방열량)이 일정하게 되도록 전열부로부터 외부 공간으로 강제적으로 열이 방출된다. 그리고 전열부에서 측정 공간 안에 위치하는 부위가 결로된 상태에서, 상기 관계식을 이용하여 측정 공간의 습도가 도출된다. 이 때문에, 외부 공간의 온도의 영향을 받지 않고 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
구체적으로는, 외부 공간의 온도를 매개 변수로서 이용하지 않는 상기 관계식을 통해 습도를 구하기 때문에, 외부 공간의 온도의 영향을 억제할 수 있다. 게다가 방열량이 소정의 수치가 되도록 전열부로부터 외부 공간으로 강제적으로 열이 방출되기 때문에, 전열부의 온도가 외부 공간의 온도 및 그 변동에 영향을 받지 않고 안정된다. 이로써 상기 관계식에서 외부 공간에 방열되는 전열부의 온도가 매개 변수로서 이용되고 있음에도 불구하고, 상기 외부 공간의 온도 및 그 변동에 영향을 받지 않고 측정 공간의 온도를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
(2) 상기 습도계는 상기 전열부의 온도를 검출하는 전열부 온도검출부를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 연산 장치는 상기 전열부의 상기 온도로서, 상기 전열부 온도검출부에 의해 검출된 온도를 이용해도 된다. 또한 상기 습도계는 상기 측정공간의 온도를 검출하는 측정 공간 온도검출부를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 연산 장치는 상기 측정 공간의 상기 온도로서, 상기 측정 공간 온도검출부에 의해 검출된 온도를 이용해도 된다.
상기 구성들과 같이 습도계가 전열부 온도검출부 및/또는 측정 공간 온도검출부를 구비하는 경우에는, 해당 습도계 이외의 기기 등으로부터 전열부 온도 및/또는 측정 공간 온도를 취득하지 않고 측정 공간의 습도를 측정할 수 있다.
(3) 상기 습도계에 있어서, 예를 들어 구체적으로 상기 방열량 제어부는 펠티에 소자와 상기 펠티에 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부를 구비하여 좋다. 이 경우, 상기 펠티에 소자에는 상기 전열부가 냉각 가능하게 배치되고, 상기 전력 공급부는 상기 펠티에 소자에 일정 전력을 공급할 수 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 전열부로부터 외부 공간으로 방출되는 열량을 일정하게 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 펠티에 소자가 상기 전열부에서의 측정 공간 안에 위치하는 부위 이외의 부위를 상기 단열부와 함께 둘러싸도록 배치되어 있어도 좋다. 이 경우, 간단한 구성에 의해 전열부로부터 외부 공간으로 방출되는 열량을 일정하게 하는 제어를 용이하게 실현할 수 있다.
(4) 상기 전열부는 상기 단열부로부터 외부 공간 측에 돌출되어 있어도 되며, 상기 방열량 제어부는 상기 전열부의 외부 공간 측에 돌출되어 있는 부위를 향한 공기의 흐름을 형성하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부가 상기 돌출되어 있는 부위에 공급하는 공기의 온도를 일정하게 하는 온도 조정부를 가지고 있어도 좋다.
이러한 구성으로도, 전열부로부터 외부 공간으로 방출되는 열량을 일정하게 제어할 수 있다.
(5) 상기 실시형태는 상기의 각 온도와 측정 공간의 수증기압 사이의 관계식에 착안함으로써 이루어진 항온항습조이며, 소정의 측정 공간을 둘러싸는 단열부와, 상기 측정 공간의 습도를 측정하는 상기 습도계와, 상기 습도계에 의한 측정 결과에 기초하여 상기 측정 공간 안의 온도 및 습도 중 적어도 일측을 조정하는 온습도 조정부를 구비한다.
이러한 구성에 의하면, 단열부의 외측의 공간(외부 공간)의 온도의 영향을 받지 않고 측정 공간의 습도를 높은 정밀도로 구할 수 있기 때문에, 측정 공간 안의 온도 및 습도를 정확하게 조정할 수 있다.
(6) 상기 제 3 실시형태는 상기의 각 온도와 측정 공간의 수증기압 사이의 관계식에 착안함으로써 이루어진 것이며, 공간 안의 습도를 측정하는 습도계로서, 상기 공간 안의 제 1의 위치에 배치되는 제 1 단부로부터 해당 제 1의 위치와 간격을 둔 제 2의 위치에 배치되는 제 2 단부까지 연장되고, 또한 상기 제 1 단부에 상기 공간으로부터 들어온 열을 상기 제 2 단부까지 열 운송 가능한 전열부와, 상기 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부의 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와, 상기 측정 공간의 습도를 산출하는 연산 장치를 구비한다. 상기 연산 장치는 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 적어도 상기 제 1 단부에 결로가 발생될 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 공간의 온도로부터 상기 공간의 습도를 산출하도록 구성되어 있다.
이 습도계에 의하면, 방출되는 열량(전열부로부터 공간으로의 방열량)이 일정하게 되도록 전열부의 제 2 단부로부터 공간으로 강제적으로 열을 방출시키기 때문에, 적어도 전열부의 제 1 단부가 결로된 상태에서, 상기 관계식을 이용하여 습도를 산출함으로써, 공간의 온도가 변동하여도 각 온도에 있어서의 공간의 습도를 높은 정밀도로 구하는 것이 가능하다.
결과적으로, 본 발명은 공간 안의 습도를 측정하는 습도계로 이용 가능하다.
10, 10A, 10B : 습도계 12, 12B : 전열부
12a : 내측 부위(측정 공간 안에 위치하는 부위)
14 : 전열부 온도 센서(전열부 온도 검출부)
16 : 측정 공간 온도 센서(측정 공간 온도 검출부)
20, 20B, 120 : 방열량 제어부 22 : 펠티에 모듈(펠티에 소자)
24 : 전력 공급부 32 : 연산부(연산 장치)
100 : 단열벽(단열부) 122 : 공기 공급부
124 : 온도 조정부
e : 측정 공간의 수증기압 es : 측정 공간의 포화 수증기압
ese : 전열부 온도에서의 포화 수증기압
qc : 방열량
qCon : 결로에 의해 전열부(12)로 공급되는 잠열
qHeat : 측정 공간(S1)으로부터 전열부(12)로 들어가는 현열
S1 : 측정 공간 S2 : 외부 공간
t : 측정 공간 온도 te : 전열부 온도
U : 상대 습도(습도)

Claims (16)

  1. 측정 공간의 습도를 측정하는 습도계에 있어서
    상기 측정 공간으로부터 해당 측정 공간에 대하여 단열부에 의해 구획되는 외부 공간을 향하여 연장되는 전열부와,
    상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와,
    상기 측정 공간의 습도를 산출하는 연산장치를 구비하고,
    상기 연산 장치는 상기 전열부로부터 상기 외부 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 상기 전열부에 있어서 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위에 결로가 발생할 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 측정 공간의 온도로부터 상기 측정 공간의 습도를 산출하는 습도계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열부의 온도를 검출하는 전열부 온도 검출부를 구비하고,
    상기 연산 장치는 상기 전열부의 상기 온도로서, 상기 전열부 온도 검출부에 의해 검출된 온도를 이용하는 습도계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정 공간의 온도를 검출하는 측정 공간 온도 검출부를 구비하고,
    상기 연산 장치는 상기 측정 공간의 상기 온도로서, 상기 측정 공간 온도 검출부에 의해 검출된 온도를 이용하는 습도계.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열량 제어부는 펠티에 소자와, 상기 펠티에 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부를 구비하고,
    상기 펠티에 소자는, 상기 전열부를 냉각 가능하도록 배치되고,
    상기 전력 공급부는 상기 펠티에 소자에 일정 전력을 공급할 수 있는 습도계.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 펠티에 소자는 상기 전열부에서의 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위 이외의 부위를 상기 단열부와 함께 둘러싸도록 배치되는 습도계.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열부는 상기 단열부로부터 외부 공간 측에 돌출되고,
    상기 방열량 제어부는 상기 전열부에서 외부 공간 측에 돌출되어 있는 부위를 향한 공기의 흐름을 형성하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부가 상기 돌출되어 있는 부위에 공급하는 공기의 온도를 일정하게 하는 온도 조정부를 구비한 습도계.
  7. 소정의 측정 공간을 둘러싸는 단열부와,
    상기 측정 공간의 습도를 측정하는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 습도계와,
    상기 습도계에 의한 측정 결과에 기초하여 상기 측정 공간 안의 온도 및 습도 중 적어도 일측을 조정하는 온습도 조정부를 구비하는 항온항습조.
  8. 공간 안의 습도를 측정하는 습도계에 있어서,
    상기 공간 안의 제 1 위치에 배치되는 제 1 단부로부터 해당 제 1 위치와 간격을 둔 제 2 위치에 배치되는 제 2 단부까지 연장되고, 상기 제 1 단부에 상기 공간으로부터 들어온 열을 상기 제 2 단부까지 열 운송 가능한 전열부와,
    상기 공간으로 방출되는 열량이 일정하게 되도록 상기 전열부의 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 열을 방출시키는 방열량 제어부와,
    상기 측정 공간의 습도를 산출하는 연산 장치를 구비하고,
    상기 연산 장치는 상기 제 2 단부로부터 상기 공간으로 방출되는 열량이 상기 방열량 제어부에 의해 일정하게 되어 있는 상태에서, 적어도 상기 제 1 단부에 결로가 발생될 때의 상기 전열부에서의 열수지에 기초하는 관계식을 이용하여, 상기 전열부의 온도와 상기 공간의 온도로부터 상기 공간의 습도를 산출하도록 구성되어 있는 습도계.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 측정 공간의 온도를 검출하는 측정 공간 온도 검출부를 구비하고,
    상기 연산 장치는 상기 측정 공간의 상기 온도로서, 상기 측정 공간 온도 검출부에 의해 검출된 온도를 이용하는 습도계.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 방열량 제어부는 펠티에 소자와, 상기 펠티에 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부를 구비하고,
    상기 펠티에 소자는, 상기 전열부를 냉각 가능하도록 배치되고,
    상기 전력 공급부는 상기 펠티에 소자에 일정 전력을 공급할 수 있는 습도계.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 펠티에 소자는 상기 전열부에서의 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위 이외의 부위를 상기 단열부와 함께 둘러싸도록 배치되는 습도계.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 방열량 제어부는 펠티에 소자와, 상기 펠티에 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부를 구비하고,
    상기 펠티에 소자는, 상기 전열부를 냉각 가능하도록 배치되고,
    상기 전력 공급부는 상기 펠티에 소자에 일정 전력을 공급할 수 있는 습도계.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 펠티에 소자는 상기 전열부에서의 상기 측정 공간 안에 위치하는 부위 이외의 부위를 상기 단열부와 함께 둘러싸도록 배치되는 습도계.
  14. 청구항 2에 있어서,
    상기 전열부는 상기 단열부로부터 외부 공간 측에 돌출되고,
    상기 방열량 제어부는 상기 전열부에서 외부 공간 측에 돌출되어 있는 부위를 향한 공기의 흐름을 형성하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부가 상기 돌출되어 있는 부위에 공급하는 공기의 온도를 일정하게 하는 온도 조정부를 구비한 습도계.
  15. 청구항 3에 있어서,
    상기 전열부는 상기 단열부로부터 외부 공간 측에 돌출되고,
    상기 방열량 제어부는 상기 전열부에서 외부 공간 측에 돌출되어 있는 부위를 향한 공기의 흐름을 형성하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부가 상기 돌출되어 있는 부위에 공급하는 공기의 온도를 일정하게 하는 온도 조정부를 구비한 습도계.
  16. 소정의 측정 공간을 둘러싸는 단열부와,
    상기 측정 공간의 습도를 측정하는 청구항 9 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 습도계와,
    상기 습도계에 의한 측정 결과에 기초하여 상기 측정 공간 안의 온도 및 습도 중 적어도 일측을 조정하는 온습도 조정부를 구비하는 항온항습조.
KR1020147028215A 2012-04-16 2013-03-06 습도계 및 이 습도계를 구비한 항온항습조 KR101671604B1 (ko)

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