(57)【要約】      （修正有）【課題】狭小な対象空間に存在するガスの湿度を取得する。【解決手段】ガス状態取得装置１は、先端部２１が対象空間９１に挿入され、前記対象空間内のガスを採取する細管２と、前記細管の基端部２２に設けられ、前記細管により採取された前記ガスが流入するチャンバー３と、前記チャンバー内の相対湿度を測定する湿度計Ｈと、前記対象空間内の温度を測定する第１の温度計Ｔ１と、前記チャンバー内の温度を測定する第２の温度計Ｔ２と、前記湿度計と前記第１の温度計と前記第２の温度計との各測定値に基づいて、前記対象空間内の相対湿度を算出する算出部とを備えるガス状態取得装置を提供する。【選択図】図１
2020071146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が対象空間に挿入され、前記対象空間内のガスを採取する細管と、
前記細管の基端部に設けられ、前記細管により採取された前記ガスが流入するチャンバーと、
前記チャンバー内の相対湿度を測定する湿度計と、
前記対象空間内の温度を測定する第１の温度計と、
前記チャンバー内の温度を測定する第２の温度計と、
前記湿度計と前記第１の温度計と前記第２の温度計との各測定値に基づいて、前記対象空間内の相対湿度を算出する算出部と
を備えるガス状態取得装置。
【請求項２】
前記チャンバー内部を加熱又は冷却する温度調節器と、
前記チャンバー内の温度と前記対象空間内の温度とに基づいて、前記温度調節器を制御する制御部と
をさらに備える請求項１に記載のガス状態取得装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記湿度計が測定不能であり、かつ前記第２の温度計の測定値が第１の所定値以上である場合に、前記温度調節器の制御目標値である目標温度を前記第１の温度計の測定値より低く設定する、請求項２に記載のガス状態取得装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記湿度計が測定不能であり、かつ前記第２の温度計の測定値が第２の所定値以下である場合に、前記温度調節器の制御目標値である目標温度を前記第１の温度計の測定値より高く設定する、請求項２又は３に記載のガス状態取得装置。
【請求項５】
前記細管の基端部の少なくとも一部が、前記チャンバー内に入り込むように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス状態取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス状態取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、蒸気が送り込まれる主配管内に一端が挿入され、かつこの一端の先端面に形成された流体取入れ口が上流側に向けられたサンプリング用副配管を備え、サンプリングされた流体中の水量に基づいて蒸気の乾き度を算出する乾き度測定装置が記載されている。この乾き度測定装置はさらに、第一水量検出部と凝縮器と第二水量検出部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、狭小な対象空間に存在するガスの相対湿度を取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るガス状態取得装置は、先端部が対象空間に挿入され、前記対象空間内のガスを採取する細管と、前記細管の基端部に設けられ、前記細管により採取された前記ガスが流入するチャンバーと、前記チャンバー内の相対湿度を測定する湿度計と、前記対象空間内の温度を測定する第１の温度計と、前記チャンバー内の温度を測定する第２の温度計と、前記湿度計と前記第１の温度計と前記第２の温度計との各測定値に基づいて、前記対象空間内の相対湿度を算出する算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、狭小な対象空間に存在するガスの相対湿度を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ガス状態取得装置の説明図である。
【図２】細管の先端部が挿入される対象空間の拡大図である。
【図３】制御部による制御の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。
【０００９】
図１及び図２にガス状態取得装置１を示す。このガス状態取得装置１は、対象物本体９内の対象空間９１におけるガスの状態を取得するものである。一例として、対象物本体９は燃料電池セルであり、対象空間９１は燃料電池セル内の、数ミリメートル角程度の極めて狭いガス流路である。
【００１０】
ガス状態取得装置１は、先端部２１及び基端部２２を有し、かつ先端部２１が対象空間９１に挿入される細管２と、基端部２２に設けられたチャンバー３とを備えている。基端部２２とチャンバー３とは対象物本体９の外部である外部空間８に位置する。チャンバー３にはガス管４を通して負圧ポンプ（不図示）が接続されている。負圧ポンプの動作により、対象空間９１内のガスの少なくとも一部が、細管２により採取される。採取されたガスは、細管２内をチャンバー３へと向かって流れて、チャンバー３へ流入する。
【００１１】
ガス状態取得装置１はさらに、第１の温度計Ｔ１及び第２の温度計Ｔ２と、湿度計Ｈとを備えている。第１の温度計Ｔ１の測定部は、対象空間９１に挿入されている細管２の先端部２１付近に配置され、対象空間９１内のガス温度を測定する。第２の温度計Ｔ２の測定部は、チャンバー３内に配置され、チャンバー３内のガス温度を測定する。湿度計Ｈの測定部は、上記第２の温度計Ｔ２の測定部付近に配置され、チャンバー３内のガスの相対湿度を測定する。
【００１２】
ガス状態取得装置１は、絶対湿度算出部と相対湿度算出部とを有する算出部（不図示）をも備えている。算出部には、第１の温度計Ｔ１の測定値と、第２の温度計Ｔ２の測定値と、湿度計Ｈの測定値（相対湿度）とが入力される。絶対湿度算出部は、第２の温度計Ｔ２の測定値と湿度計Ｈの測定値とから、絶対湿度（単位体積当たりの空気に含まれる水の重さ）（単位：ｇ／ｍ３）を算出する。相対湿度算出部は、絶対湿度算出部により算出された絶対湿度と第１の温度計Ｔ１の測定値とから、対象空間９１におけるガスの相対湿度を算出する。
【００１３】
ガス状態取得装置１は、チャンバー３内に設けられ、チャンバー３の内部を加熱又は冷却する温度調節器６と、チャンバー３内の温度と対象空間９１内の温度とに基づいて温度調節器６を制御する制御部５とをさらに備えている。制御部５は、第１の温度計Ｔ１及び第２の温度計Ｔ２の各測定値の入力を受け、チャンバー内の温度が対象空間内の温度と同程度になるように、あるいは少なくとも、両温度の差が小さくなるように温度調節器を制御する。さらに、第３の温度計Ｔ３が温度調節器６に密着させて設けられ、制御部５による制御は、第３の温度計Ｔ３の測定値にも基づくものとすることができる。
【００１４】
温度調節器６は例えばペルチェ素子を備えたものとし、全体の形状を細管と同軸で細管よりも大径の円筒状とすることができる。温度調節器６がペルチェ素子を備えている場合は、そのペルチェ素子に供給する直流電流の向きを変えることで加熱、冷却を行うことができる。
【００１５】
図３に、制御部５による制御の流れを示す。ステップＳ１において、制御部５は第１の温度計Ｔ１の測定値と第２の温度計Ｔ２の測定値との比較を行う。第２の温度計Ｔ２の測定値が第１の温度計Ｔ１の測定値よりも高い場合すなわち外部空間８が対象空間９１に比べて高温である場合、後述するステップＳ２〜Ｓ４及びＳ８が行われる。第１の温度計Ｔ１の測定値が第２の温度計Ｔ２の測定値よりも高い場合すなわち外部空間８が対象空間９１に比べて低温である場合、後述するステップＳ５〜Ｓ８が行われる。
【００１６】
ステップＳ２において、制御部５は温度調節器６の制御目標値（目標温度）を設定する。ステップＳ３において制御部５による制御により冷却が行われる。ステップＳ４において、制御部５はステップＳ１と同様、第１の温度計Ｔ１の測定値と第２の温度計Ｔ２の測定値との比較を行う。依然として、第２の温度計Ｔ２の測定値が第１の温度計Ｔ１の測定値よりも高い場合は、再びステップＳ３が行われる。ステップＳ４において、第１の温度計Ｔ１の測定値と第２の温度計Ｔ２の測定値とが同程度であると判断された場合、ステップＳ８が行われる。
【００１７】
ステップＳ５において、制御部５は温度調節器６の制御目標値（目標温度）を設定する。ステップＳ６において制御部５による制御により加熱が行われる。ステップＳ７において、制御部５はステップＳ１と同様、第１の温度計Ｔ１の測定値と第２の温度計Ｔ２の測定値との比較を行う。依然として、第１の温度計Ｔ１の測定値が第２の温度計Ｔ２の測定値よりも高い場合は、再びステップＳ６が行われる。ステップＳ７において、第１の温度計Ｔ１の測定値と第２の温度計Ｔ２の測定値とが同程度であると判断された場合、ステップＳ８が行われる。
【００１８】
ステップＳ８において、制御部５は、絶対湿度及び相対湿度と温度とのマップ（空気線図等のマップ）と温度計Ｔ１の測定値とを用いて、湿度計の測定値の補正を行う。具体的には、温度計Ｔ１及び温度計Ｔ２の両測定値が不一致の場合、湿度計Ｈにより計測される相対湿度と温度計Ｔ２により測定されるガス温度とに基づき、予め制御部５に保存されている上記マップを用いて温度計Ｔ１の配置される領域における相対湿度を推定する。このようにすることで温度計Ｔ１及び温度計Ｔ２によって計測されるガス温度が不一致の状態であっても温度計Ｔ１の配置される領域における相対湿度を得ることが可能である。
【００１９】
外部空間８が対象空間９１に比べて高温である場合、細管２によって採取された比較的低温のガスは、チャンバー３内に流入する過程で温められる結果、相対湿度が低下する。相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲の下限を下回ると、湿度計Ｈによる測定が不能となる。このような事態を回避するために、第２の温度計Ｔ２の測定値が第１の温度計Ｔ１の測定値と同程度になるように、温度調節器６が制御される（ステップＳ２）。つまり、チャンバー３内部が対象空間９１と同程度の温度となるように冷却される（ステップＳ３）。これにより、湿度計Ｈの測定可能範囲内の相対湿度となるようにした上で湿度計Ｈにより相対湿度が測定される。
【００２０】
外部空間８が対象空間９１に比べて低温である場合、細管２によって採取された比較的高温のガスは、チャンバー３内に流入する過程で冷却される結果、相対湿度が上昇する。相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲の上限を上回ると、湿度計Ｈによる測定が不能となる。このような事態を回避するために、第２の温度計Ｔ２の測定値が第１の温度計Ｔ１の測定値と同程度になるように、温度調節器６が制御される（ステップＳ５）。つまり、チャンバー３内部が対象空間９１と同程度の温度となるように温められる（ステップＳ６）。これにより、湿度計Ｈの測定可能範囲内の相対湿度となるようにした上で湿度計Ｈにより相対湿度が測定される。
【００２１】
一般に、湿度計は温度計に比べて構造が複雑で、小型化が難しいとされる。本実施形態によれば、温度計の測定部が進入可能であるものの、湿度計の測定部の進入が困難な狭小空間に存在するガスの同空間における相対湿度を取得することができる。
【００２２】
また、対象空間の温度とチャンバー内の温度とを比較することにより、細管及びチャンバーの内部での結露状態を判定することも可能である。
【００２３】
負圧ポンプの動作により、対象となるガスは、細管を通して一定の気圧で一定の流量、チャンバー内に取り込まれる。湿度計Ｈの測定部には、絶えず新鮮なガスが触れることになる。そのため、湿度計の測定機能は敏感に保たれ、湿度測定のレスポンスは、対象ガスが静止している場合に比べて向上する。
【００２４】
チャンバー内に設置した温度調節器（例えばペルチェ素子）により、温度計Ｔ１と温度計Ｔ２とが同程度の測定値となるように、チャンバー内のガスが加熱又は冷却される。そのため、チャンバー内の相対湿度の測定を、対象空間と同程度の温度において行うことができる。
【００２５】
上記のような温度調節器がないとすると、対象空間９１に比べて外部空間８の温度が高い場合、細管内及びチャンバー内で対象ガスが温められ、チャンバーにおける相対湿度が対象空間における相対湿度に比べて低下する。場合によっては、チャンバー内の相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲外となって、相対湿度測定が不能になる可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、上記温度調節器によりチャンバー内の温度が低下し、そのチャンバーに接続した細管内の温度の低下も期待できる。このことから、湿度測定が困難となる可能性を低減することができる。
【００２６】
上記のような温度調節器がないとすると、対象空間９１に比べて外部空間８の温度が低い場合、細管内及びチャンバー内で対象ガスが冷やされ結露し、正確な湿度測定が困難となる可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、上記温度調節器によりチャンバー内の温度が上昇し、そのチャンバー内の熱が細管にも伝わって細管内の温度上昇も期待できる。このことから、湿度測定が困難となる可能性を低減することができる。
【００２７】
対象ガスを採取する細管は、吸湿性が低く耐候性が高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）製の金属管を使用することができる。あるいは、細管として樹脂管を用いる場合は、テフロン（登録商標）（４フッ化エチレンの重合体）のような吸湿性が低く耐候性が高い材質の管を使用することができる。
【００２８】
吸湿性が低く耐候性が高い材質の細管を用いることで、細管内壁の表面の状態を良好に保つことができる。対象空間外の空間の温度が対象空間の温度に比べて低い場合に、仮に細管内で対象ガスが外気に冷やされて結露したとしても、負圧ポンプによりガスの風速が速いことから、微細な水滴（霧）は細管内に留まることなくチャンバー内に送られる。対象ガスの風速はチャンバー内で著しく低下し、温度調節器によって対象空間の温度（温度計Ｔ１の温度）に復元される。
【００２９】
対象ガスを採取するための負圧ポンプの供給電力を、負圧力センサを使って制御することで、チャンバー内の負圧力を一定に保たれる。そのため、細管内を流れる対象ガスの量を一定に保つことができる。
【００３０】
湿度計Ｈは、測定対象ガスの温度、圧力の影響を受けるため、チャンバー内の負圧力を一定に保つことで、高精度の相対湿度測定、絶対湿度測定を行うことができる。
【００３１】
チャンバーの内容積をより小さくしてもよい。円筒状の温度調節器とチャンバー外壁との間に断熱部を設けてもよい。
【００３２】
温度調整部により急速に加熱又は冷却できるため、湿度計Ｈ、第２の温度計Ｔ２の測定のレスポンスを早めることができる。
【００３３】
細管２の基端部２２の少なくとも一部が、チャンバー３内に入り込むように構成することができる。これにより、チャンバー３における加熱又は冷却の効果を細管２にもより及ぼしやすくなる。つまり、より大きな伝熱効果が期待できる。その結果、外部空間（環境雰囲気）８の温度の、湿度測定への影響を低減することができる。
【００３４】
また、温度調整器６を制御する制御部５は、湿度計Ｈの測定結果の入力を受けることができるように構成可能である。制御部５は、湿度計Ｈが測定不能であり、かつ第２の温度計Ｔ２の測定値が第１の所定値以上である場合に、温度調節器６の制御目標値である目標温度を第１の温度計Ｔ１の測定値より低く設定することができる。すなわち、チャンバー内が冷却される。
【００３５】
湿度計Ｈが測定不能となった場合、その原因として、チャンバー内温度の上昇に伴って相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲の下限を下回っていることが考えられる。そこで、上記のようにチャンバー内を冷却することで、チャンバー内の相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲内となるようにした上で、湿度計Ｈによる測定を行うことができる。それでもなお、湿度計Ｈが測定不能である場合は、湿度計Ｈの故障と判断することができる。
【００３６】
また、温度調節器６を制御する制御部５は、湿度計Ｈが測定不能であり、かつ前記第２の温度計Ｔ２の測定値が第２の所定値以下である場合に、温度調節器６の制御目標値である目標温度を第１の温度計Ｔ１の測定値より高く設定することができる。すなわち、すなわち、チャンバー内が温められる。ただし、上記第２の所定値は、上記第１の所定値よりも小さい。
【００３７】
湿度計Ｈが測定不能となった場合、その原因として、チャンバー内温度の低下に伴って、チャンバー内や細管内において結露が発生しているか、又は相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲の上限を上回っていることも考えられる。そこで、上記のようにチャンバー内を温めることで、結露状態を解消し、又はチャンバー内の相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲内となるようにした上で、湿度計Ｈによる測定を行うことができる。それでもなお、湿度計Ｈが測定不能である場合は、湿度計Ｈの故障と判断することができる。
【００３８】
以上のように、チャンバー内の加熱又は冷却を行うことにより、チャンバー内の相対湿度が湿度計Ｈの測定可能範囲内（測定値の精度が担保される測定範囲内）となるようにした状態で相対湿度の測定を行うことができるとともに、その測定値の精度も担保される。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１      ガス状態取得装置
２      細管
２１    先端部
２２    基端部
３      チャンバー
６      温度調節器
Ｔ１    第１の温度計
Ｔ２    第２の温度計
Ｔ３    第３の温度計
Ｈ      湿度計
９      被測定物本体
９１    被測定空間
【図１】
2020071146.tif 000003
【図２】
2020071146.tif 000004
【図３】
2020071146.tif 000005