(57)【要約】【課題】比較的広い温度帯において比較的高い精度で目標湿度を発生しつつ、比較的長期間にわたって信頼性を維持できる湿度発生装置を提供する。【解決手段】湿度発生装置１００は、水除去部３と、蒸気流量測定部５と、第１流量測定部２３と、第１出力切替部３１と、蒸気流量測定部５を校正するための校正ユニットＵ２とを備える。水除去部３は、飽和湿り蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、飽和湿り蒸気に含まれる水分を除去する。蒸気流量測定部５は、過熱水蒸気の流量を測定する。第１流量測定部２３は、第１空気の流量を測定する。第１出力切替部３１は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気だけを出力するか、又は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気と、第１流量測定部２３を通過した第１空気とを混合して、過熱水蒸気と第１空気とが混合した混合空気を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和湿り蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、前記飽和湿り蒸気に含まれる水分を除去する水除去部と、
前記過熱水蒸気の流量を測定する蒸気流量測定部と、
第１空気の流量を測定する第１流量測定部と、
前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気だけを出力するか、又は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気と、前記第１流量測定部を通過した前記第１空気とを混合して、前記過熱水蒸気と前記第１空気とが混合した混合空気を出力する第１出力切替部と、
前記蒸気流量測定部を校正するための校正部と
を備え、
前記校正部は、
前記第１出力切替部の出力した前記過熱水蒸気を凝縮させて、前記過熱水蒸気を水に戻す凝縮部と、
前記過熱水蒸気の凝縮によって得られた前記水の重量又は体積を測定する測定部と
を含む、湿度発生装置。
【請求項２】
前記第１流量測定部を通過した前記第１空気を加熱する第１温度制御部をさらに備え、
前記第１出力切替部は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気だけを出力するか、又は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気と、加熱された前記第１空気とを混合して、前記混合空気を出力する、請求項１に記載の湿度発生装置。
【請求項３】
前記凝縮部は、前記第１出力切替部の出力した前記混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、前記水蒸気を水に戻し、
前記校正部は、
前記混合空気に含まれる水分を前記混合空気から分離する気水分離部と、
前記水蒸気の凝縮後かつ前記水分の分離後の前記混合空気である第２空気の流量を測定する第２流量測定部と
をさらに含み、
前記測定部は、前記水蒸気の凝縮によって得られた前記水と前記混合空気から分離された前記水分との重量又は体積を測定する、請求項１又は請求項２に記載の湿度発生装置。
【請求項４】
前記凝縮部は、前記第１出力切替部の出力した前記混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、前記水蒸気を水に戻し、
前記校正部は、
前記混合空気に含まれる水分を前記混合空気から分離する気水分離部と、
前記水蒸気の凝縮後かつ前記水分の分離後の前記混合空気である第２空気を加熱する第２温度制御部と、
加熱された前記第２空気の湿度を測定する湿度測定部と、
加熱された前記第２空気の温度を測定する温度測定部と、
加熱された前記第２空気の流量を測定する第２流量測定部と
をさらに含み、
前記測定部は、前記水蒸気の凝縮によって得られた前記水と前記混合空気から分離された前記水分との重量又は体積を測定する、請求項１又は請求項２に記載の湿度発生装置。
【請求項５】
前記第１出力切替部の出力した前記過熱水蒸気又は前記混合空気の流量を測定する流量測定部をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の湿度発生装置。
【請求項６】
前記水除去部は、
前記飽和湿り蒸気に含まれる水分を前記飽和湿り蒸気から分離する気水分離部と、
前記水分の分離後の前記飽和湿り蒸気を加熱して、前記過熱水蒸気を生成する加熱部と
を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の湿度発生装置。
【請求項７】
チャンバーと、
前記第１出力切替部の出力した気体を、前記チャンバーに向けて出力するか、又は、前記校正部に向けて出力する第２出力切替部と
をさらに備え、
前記第１出力切替部の出力した前記気体は、前記過熱水蒸気又は前記混合空気であり、
前記チャンバーは、前記第１出力切替部及び前記第２出力切替部の出力した前記気体を収容する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の湿度発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された湿度発生装置は分流法を採用している。すなわち、湿度発生装置では、乾燥空気が２つの流路に分けられる。一方の乾燥空気は、所定温度に制御された水を収容した飽和槽に導かれる。その結果、乾燥空気は、水中でバブリングされ、あるいは、水表面と接触され、飽和空気となって目標湿度発生槽へ導かれる。加えて、他方の乾燥空気は、直接、目標湿度発生槽へ導かれる。その結果、乾燥空気と飽和空気とが混合されて目標湿度発生槽内へ導入されることで、目標湿度を実現できる。
【０００３】
目標湿度発生槽で実現される相対湿度Ｈは、Ｈ＝１００γ・Ｐｔ／（Ｐｓ−（１−γ）ｅｓ）で表される。「γ」は分流比、「Ｐｔ」は目標湿度発生槽の気体の全圧、「Ｐｓ」は飽和槽の気体の全圧、「ｅｓ」は飽和槽の気体における飽和水蒸気圧を示す。分流比γは、乾燥空気の分流後の各流量を流量計で測定して得た値の比で求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された湿度発生装置では、飽和槽を使用している。従って、空気を含まない過熱水蒸気に近い状態の高湿度気体を得るためには、飽和槽での供給熱量が大きくなったり、飽和槽の結露防止用の温度管理のために装置全体が大型化したり、飽和槽からの気泡の量が増加すると流量が不安定になったりする可能性がある。その結果、湿度発生装置は、高い露点温度（例えば、大気圧において露点温度９５℃以上１００℃以下）において高い精度の目標湿度を発生する装置として必ずしも適していない。すなわち、比較的広い温度帯において比較的高い精度で目標湿度を発生することが困難な可能性がある。比較的広い温度帯は、例えば、大気圧において露点温度２５℃（室温相当）以上露点温度１００℃以下の温度帯である。
【０００６】
加えて、比較的高い温度において比較的高い湿度を発生すると、比較的長期間の使用により、湿度発生装置の精度が低下する可能性がある。すなわち、湿度発生装置の信頼性を比較的長期間にわたって維持できない可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、比較的広い温度帯において比較的高い精度で目標湿度を発生しつつ、比較的長期間にわたって信頼性を維持できる湿度発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面によれば、湿度発生装置は、水除去部と、蒸気流量測定部と、第１流量測定部と、第１出力切替部と、蒸気流量測定部を校正するための校正部とを備える。水除去部は、飽和湿り蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、飽和湿り蒸気に含まれる水分を除去する。蒸気流量測定部は、過熱水蒸気の流量を測定する。第１流量測定部は、第１空気の流量を測定する。第１出力切替部は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気だけを出力するか、又は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気と、前記第１流量測定部を通過した前記第１空気とを混合して、前記過熱水蒸気と前記第１空気とが混合した混合空気を出力する。前記校正部は、凝縮部と、測定部とを含む。凝縮部は、前記第１出力切替部の出力した前記過熱水蒸気を凝縮させて、前記過熱水蒸気を水に戻す。測定部は、前記過熱水蒸気の凝縮によって得られた前記水の重量又は体積を測定する。
【０００９】
本発明の湿度発生装置は、第１温度制御部をさらに備えることが好ましい。第１温度制御部は、前記第１流量測定部を通過した前記第１空気を加熱することが好ましい。前記第１出力切替部は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気だけを出力するか、又は、前記蒸気流量測定部を通過した前記過熱水蒸気と、加熱された前記第１空気とを混合して、前記混合空気を出力することが好ましい。
【００１０】
本発明の湿度発生装置において、前記凝縮部は、前記第１出力切替部の出力した前記混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、前記水蒸気を水に戻すことが好ましい。前記校正部は、気水分離部と、第２流量測定部とをさらに含むことが好ましい。気水分離部は、前記混合空気に含まれる水分を前記混合空気から分離することが好ましい。第２流量測定部は、前記水蒸気の凝縮後かつ前記水分の分離後の前記混合空気である第２空気の流量を測定することが好ましい。前記測定部は、前記水蒸気の凝縮によって得られた前記水と前記混合空気から分離された前記水分との重量又は体積を測定することが好ましい。
【００１１】
本発明の湿度発生装置において、前記凝縮部は、前記第１出力切替部の出力した前記混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、前記水蒸気を水に戻すことが好ましい。前記校正部は、気水分離部と、第２温度制御部と、湿度測定部と、温度測定部と、第２流量測定部とをさらに含むことが好ましい。気水分離部は、前記混合空気に含まれる水分を前記混合空気から分離することが好ましい。第２温度制御部は、前記水蒸気の凝縮後かつ前記水分の分離後の前記混合空気である第２空気を加熱することが好ましい。湿度測定部は、加熱された前記第２空気の湿度を測定することが好ましい。温度測定部は、加熱された前記第２空気の温度を測定することが好ましい。第２流量測定部は、加熱された前記第２空気の流量を測定することが好ましい。前記測定部は、前記水蒸気の凝縮によって得られた前記水と前記混合空気から分離された前記水分との重量又は体積を測定することが好ましい。
【００１２】
本発明の湿度発生装置は、流量測定部をさらに備えることが好ましい。流量測定部は、前記第１出力切替部の出力した前記過熱水蒸気又は前記混合空気の流量を測定することが好ましい。
【００１３】
本発明の湿度発生装置において、前記水除去部は、気水分離部と、加熱部とを含むことが好ましい。気水分離部は、前記飽和湿り蒸気に含まれる水分を前記飽和湿り蒸気から分離することが好ましい。加熱部は、前記水分の分離後の前記飽和湿り蒸気を加熱して、前記過熱水蒸気を生成することが好ましい。
【００１４】
本発明の湿度発生装置は、チャンバーと、第２出力切替部とをさらに備えることが好ましい。第２出力切替部は、前記第１出力切替部の出力した気体を、前記チャンバーに向けて出力するか、又は、前記校正部に向けて出力することが好ましい。前記第１出力切替部の出力した前記気体は、前記過熱水蒸気又は前記混合空気であることが好ましい。前記チャンバーは、前記第１出力切替部及び前記第２出力切替部の出力した前記気体を収容することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、比較的広い温度帯において比較的高い精度で目標湿度を発生しつつ、比較的長期間にわたって信頼性を維持できる湿度発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る湿度発生システムを示す図である。
【図２】実施形態１に係る湿度発生システムで発生し得る過熱水蒸気及び高温高湿度の湿潤空気の利用チャートを示す図である。
【図３】実施形態１に係る湿度発生システムの校正ユニットを示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る湿度発生システムの校正ユニットを示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る湿度発生システムの校正ユニットを示す図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る湿度発生システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００１８】
（実施形態１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施形態１に係る湿度発生システム５００を説明する。図１は、実施形態１に係る湿度発生システム５００を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、湿度発生システム５００は、湿度発生装置１００と、ボイラー２００と、空気供給装置３００とを備える。ボイラー２００は、水を加熱して飽和湿り蒸気を生成し、飽和湿り蒸気を湿度発生装置１００に供給する。飽和湿り蒸気とは、水分（例えば、微小な水滴）を含む飽和蒸気のことである。飽和蒸気とは、沸点温度（例えば、大気圧において１００℃）の水蒸気のことである。沸点温度は水の沸点温度を示す。沸点温度は気圧に応じて変化する。なお、水分を含まない飽和蒸気は、飽和乾き蒸気である。
【００２０】
空気供給装置３００は、湿度発生システム５００の設置された室内の空気を湿度発生装置１００に供給する。空気供給装置３００は、例えば、コンプレッサーである。湿度発生装置１００は、飽和湿り蒸気から生成した過熱水蒸気と空気とを混合して、目標湿度を有する混合空気を発生する。
【００２１】
本明細書では、特に明示しない限り、混合空気は湿潤空気である。湿潤空気とは、空気と水蒸気とが混合した気体のことである。そして、水蒸気の割合に関係なく、空気と水蒸気とが混合した気体は、湿潤空気である。従って、水蒸気を含む空気に限らず、空気を含む水蒸気もまた、湿潤空気である。また、目標湿度を有する混合空気を発生することは、目標湿度を発生することに相当する。「目標湿度」は、例えば、露点温度、絶対湿度、相対湿度、又は水蒸気モル分率によって表される。
【００２２】
なお、空気供給装置３００が供給する空気は、湿潤空気又は乾き空気である。そこで、空気供給装置３００が供給する空気を「第１空気ＡＲ１」と記載し、湿度発生装置１００の発生する混合空気である湿潤空気と区別する。なお、乾き空気とは、水蒸気を含まない空気のことである。
【００２３】
湿度発生装置１００は、湿度発生ユニットＵ１と、校正ユニットＵ２と、制御ユニットＵ３とを備える。湿度発生ユニットＵ１は、過熱水蒸気と第１空気ＡＲ１とを混合した混合空気、又は、過熱水蒸気を発生する。過熱水蒸気とは、水の沸点温度よりも高い温度の水蒸気のことである。過熱水蒸気は空気を含まない。
【００２４】
湿度発生ユニットＵ１は、蒸気流量調節部Ｆ１と、蒸気処理部１と、空気流量調節部Ｆ２と、空気処理部２１と、第１出力切替部３１と、第２出力切替部４１と、温度調節部５１と、チャンバー５３と、圧力測定部５５と、温度測定部５７と、圧力調節部５９と、ファン６１とを含む。
【００２５】
蒸気流量調節部Ｆ１は、ボイラー２００の供給した飽和湿り蒸気の流量を調節して、蒸気処理部１に供給する。蒸気流量調節部Ｆ１はバルブＶＢ１を含む。蒸気流量調節部Ｆ１は、バルブＶＢ１を開く程度又は閉じる程度によって、飽和湿り蒸気の流量を調節する。
【００２６】
蒸気処理部１は、蒸気流量調節部Ｆ１を介してボイラー２００の供給した飽和湿り蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、飽和湿り蒸気に含まれる水分（例えば、微小な水滴）を除去するとともに、過熱水蒸気の流量を測定する。本明細書において、「水分」は、液体である水を示す。
【００２７】
具体的には、蒸気処理部１は、水除去部３と、蒸気流量測定部５とを含む。蒸気流量測定部５は、水除去部３の下流側に配置される。水除去部３は、ボイラー２００の供給した飽和湿り蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、飽和湿り蒸気に含まれる水分を除去する。水除去部３は、気水分離部７と、加熱部９とを含む。
【００２８】
気水分離部７は、飽和湿り蒸気に含まれる水分を飽和湿り蒸気から分離する。例えば、気水分離部７は、遠心力又は重力を利用して、飽和湿り蒸気から水分を分離する。加熱部９は、気水分離部７による水分の分離後の飽和湿り蒸気を水の沸点温度よりも高い温度（例えば、大気圧において１５０℃）に加熱して、過熱水蒸気を生成する。従って、飽和湿り蒸気から、気水分離部７によって分離できなかった水分が蒸発する。加熱部９は、例えば、ヒーターである。
【００２９】
実施形態１によれば、水除去部３が気水分離部７だけを有する場合又は水除去部３が加熱部９だけを有する場合と比較して、短時間で飽和湿り蒸気に含まれる水分を除去できる。また、加熱部９による加熱の前に気水分離を行うため、加熱部９に供給する電力を小さくできるとともに、加熱部９の容量（例えば、ヒーター容量）を小さくできる。
【００３０】
また、加熱部９が飽和湿り蒸気を水の沸点温度よりも高い温度に加熱するため、飽和湿り蒸気は過熱水蒸気になる。従って、実施形態１によれば、加熱部９によって容易に過熱水蒸気を生成できる。
【００３１】
なお、バルブＶＢ１に代えて、又は、バルブＶＢ１に加えて、気水分離部７と加熱部９との間にバルブを配置してもよい。そして、バルブを開く程度又は閉じる程度によって、飽和湿り蒸気の流量を調節する。
【００３２】
蒸気流量測定部５は、加熱部９によって生成された過熱水蒸気の流量を測定する。過熱水蒸気は水分を含まないため、蒸気流量測定部５は高精度で流量を測定できる。蒸気流量測定部５は、例えば、体積流量又は質量流量を測定する流量計である。本明細書において、「流量」は、単位時間当たりに移動する物質の量を示す。「物質の量」は、例えば、物質の体積、質量、又はモル量である。「体積流量」は、単位時間当たりに移動する物質の体積を示す。「質量流量」は、単位時間当たりに移動する物質の質量を示す。「モル流量」は、単位時間当たりに移動する物質のモル量を示す。
【００３３】
実施形態１では、蒸気流量測定部５はオリフィス流量計である。従って、蒸気流量測定部５は、比較的小流量の過熱水蒸気の流量を測定できる。具体的には、蒸気流量測定部５は、差圧式流量計であり、オリフィス（不図示）と、圧力測定部１１と、温度測定部１３と、差圧測定部１５とを含む。圧力測定部１１は、過熱水蒸気の１次側圧力Ｐ１を測定する。圧力測定部１１は、例えば、圧力計である。温度測定部１３は、オリフィス上流側に取り付けられて、過熱水蒸気の温度Ｔ１を測定する。温度測定部１３は、例えば、温度センサー（例えば、熱電対）である。差圧測定部１５は、オリフィスの絞り部前後の過熱水蒸気の差圧を測定する。差圧測定部１５は、例えば、圧力センサーである。
【００３４】
圧力測定部１１の測定した１次側圧力Ｐ１の値、温度測定部１３の測定した温度Ｔ１の値、及び差圧測定部１５の測定した差圧ΔＰの値は、制御ユニットＵ３に出力される。制御ユニットＵ３は、１次側圧力Ｐ１、温度Ｔ１、及び差圧ΔＰを使用して、式（１）に基づいて、過熱水蒸気のモル流量ｎsteam（ｍｏｌ／ｓ）を算出する。
【００３５】
【数１】
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…（１）
【００３６】
式（１）において、「Ｃ」は流量計数、「ε」は過熱水蒸気の膨張補正係数、「Ａ」は絞り部の断面積（ｍ2）、「ΔＰ」は絞り部前後の差圧（Ｐａ）、「ρsteam」は絞り部上流側測定断面における過熱水蒸気の密度（ｋｇ／ｍ3）、「ＭH2O」は水のモル質量（ｋｇ／ｍｏｌ）を示す。ここで、流量係数Ｃはレイノルズ数がある値以上の範囲では一定である。加えて、膨張補正係数εはΔＰ／Ｐ１の１次式で表され、実験によって求められる。そこで、実施形態１では、流量係数Ｃと膨張補正係数εとの積を流出係数Ｋsteamとして、実験によって求めている。密度ρsteamは、温度Ｔ１と１次側圧力Ｐ１とに基づいて算出される。
【００３７】
空気流量調節部Ｆ２は、空気供給装置３００の供給した空気である第１空気ＡＲ１の流量を調節して、空気処理部２１に供給する。空気流量調節部Ｆ２はバルブＶＢ２を含む。空気流量調節部Ｆ２は、バルブＶＢ２を開く程度又は閉じる程度によって、第１空気ＡＲ１の流量を調節する。
【００３８】
空気処理部２１は、空気流量調節部Ｆ２を介して空気供給装置３００の供給した第１空気ＡＲ１の流量を測定するとともに、流量の測定された第１空気ＡＲ１を加熱する。
【００３９】
具体的には、空気処理部２１は、第１流量測定部２３と、第１温度制御部２５とを含む。第１流量測定部２３は、第１温度制御部２５の上流側に配置される。第１流量測定部２３は、第１空気ＡＲ１の流量を測定する。第１流量測定部２３は、第１空気ＡＲ１の流量の値を制御ユニットＵ３に出力する。第１流量測定部２３は、例えば、体積流量又は質量流量を測定する流量計である。第１流量測定部２３は、第１空気ＡＲ１の温度を測定する温度センサーのような温度測定部（不図示）と、第１空気ＡＲ１の圧力を測定する圧力センサーのような圧力測定部（不図示）とを含む。第１温度制御部２５は、第１流量測定部２３を通過した第１空気ＡＲ１を加熱する。第１温度制御部２５は、例えば、ヒーターである。
【００４０】
具体的には、第１温度制御部２５は、第１空気ＡＲ１を水の沸点温度よりも高い温度（例えば、２００℃）に加熱する。従って、実施形態１によれば、蒸気処理部１が生成した過熱水蒸気と第１空気ＡＲ１とを混合する際に、過熱水蒸気に含まれる水蒸気が第１空気ＡＲ１によって水に戻ることを抑制できる。さらに、第１空気ＡＲ１の流量を測定した後に第１空気ＡＲ１を加熱するため、第１流量測定部２３は、室温の第１空気ＡＲ１の流量を測定する。その結果、高温の第１空気ＡＲ１を測定する場合と比較して、第１流量測定部２３の耐久性を向上できるし、安価な第１流量測定部２３を使用できる。
【００４１】
なお、空気処理部２１は、蒸気処理部１の生成した過熱水蒸気が所定条件を満足する場合は、第１温度制御部２５を有していなくてもよい。所定条件は、過熱水蒸気と第１空気ＡＲ１とが混合された後に、結露が発生しないような温度及び流量を過熱水蒸気が有することである。
【００４２】
第１出力切替部３１は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気だけを出力するか、又は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気と、第１流量測定部２３を通過した第１空気ＡＲ１とを混合して、過熱水蒸気と第１空気ＡＲ１とが混合した混合空気を出力する。従って、湿度発生装置１００の使用目的に合わせて、過熱水蒸気又は混合空気をチャンバー５３に供給できる。
【００４３】
具体的には、第１出力切替部３１は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気だけを出力するか、又は、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気と、第１温度制御部２５によって加熱された第１空気ＡＲ１とを混合して、過熱水蒸気と第１空気ＡＲ１とが混合した混合空気を出力する。
【００４４】
第２出力切替部４１は、第１出力切替部３１の出力した気体を、チャンバー５３に向けて出力するか、又は、校正ユニットＵ２に向けて出力する。第１出力切替部３１の出力した気体は、過熱水蒸気又は混合空気である。
【００４５】
従って、実施形態１によれば、第２出力切替部４１が第１出力切替部３１の出力した気体をチャンバー５３に向けて出力する場合は、湿度発生装置１００の使用目的に合わせて、過熱水蒸気又は混合空気をチャンバー５３に供給できる。一方、第２出力切替部４１が第１出力切替部３１の出力した過熱水蒸気を校正ユニットＵ２に向けて出力する場合は、蒸気流量測定部５を校正できる。
【００４６】
具体的には、湿度発生ユニットＵ１は、配管ＰＰ１と、配管ＰＰ２と、配管ＰＰ３とをさらに含む。配管ＰＰ１は、蒸気流量測定部５から校正ユニットＵ２まで延びる。配管ＰＰ２は、第１温度制御部２５から配管ＰＰ１まで延びており、配管ＰＰ１に接続される。配管ＰＰ３は、配管ＰＰ１に接続され、配管ＰＰ１からチャンバー５３まで延びている。第１出力切替部３１はバルブ３３を含む。バルブ３３は配管ＰＰ２に設けられる。第２出力切替部４１はバルブ４３とバルブ４５とを含む。バルブ４３は配管ＰＰ３に設けられ、バルブ４５は配管ＰＰ１に設けられる。
【００４７】
バルブ３３が閉じられると、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気だけが配管ＰＰ１に供給される。一方、バルブ３３が開かれると、蒸気流量測定部５を通過した過熱水蒸気と第１温度制御部２５によって加熱された第１空気ＡＲ１とが混合され、混合空気が配管ＰＰ１に供給される。
【００４８】
過熱水蒸気だけが配管ＰＰ１に供給されているときに、バルブ４３が開けられ、かつ、バルブ４５が閉じられていると、過熱水蒸気だけが、配管ＰＰ３に供給されて、チャンバー５３に供給される。一方、混合空気が配管ＰＰ１に供給されているときに、バルブ４３が開けられ、かつ、バルブ４５が閉じられていると、混合空気が、配管ＰＰ３に供給されて、チャンバー５３に供給される。
【００４９】
過熱水蒸気だけが配管ＰＰ１に供給されているときに、バルブ４３が閉じられ、かつ、バルブ４５が開けられると、過熱水蒸気だけが、配管ＰＰ１を通って、校正ユニットＵ２に供給される。
【００５０】
温度調節部５１は、第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１の出力した過熱水蒸気又は混合空気を加熱して、過熱水蒸気又は混合空気をチャンバー５３に供給する。つまり、温度調節部５１は、チャンバー５３に収容される過熱水蒸気又は混合空気の温度を調節する。温度調節部５１は、チャンバー５３の外部に配置されていてもよいし、チャンバー５３の内部に配置されていてもよい。温度調節部５１は、例えば、ヒーターである。
【００５１】
例えば、温度調節部５１は、過熱水蒸気又は混合空気を更に加熱して、更に加熱された過熱水蒸気又は混合空気をチャンバー５３に供給する。従って、実施形態１によれば、温度調節部５１によって容易に高温の過熱水蒸気又は高温の混合空気を生成できる。
【００５２】
チャンバー５３は、第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１の出力した気体を収容する。具体的には、チャンバー５３は、第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１の出力した過熱水蒸気又は混合空気を収容する。チャンバー５３は、例えば、試験槽である。チャンバー５３内で、例えば、湿度計のキャリブレーション、又は、様々な試験（例えば、材料の試験）が行われる。
【００５３】
圧力調節部５９は、チャンバー５３に収容された過熱水蒸気又は混合空気の圧力を調節する。圧力調節部５９は、例えば、バルブを含み、バルブを開く程度又は閉じる程度によって、チャンバー５３に収容された過熱水蒸気又は混合空気の圧力を調節する。
【００５４】
圧力測定部５５は、チャンバー５３内の過熱水蒸気又は混合空気の圧力を測定して、圧力の値を制御ユニットＵ３に出力する。圧力測定部５５は、例えば、圧力計である。温度測定部５７は、チャンバー５３内の過熱水蒸気又は混合空気の温度を測定して、温度の値を制御ユニットＵ３に出力する。温度測定部５７は、例えば、温度センサーである。ファン６１は、過熱水蒸気又は混合空気を吸引して排出する。
【００５５】
制御ユニットＵ３は、蒸気流量測定部５の測定した過熱水蒸気の流量（以下、「流量ＦＡ」と記載する。）と、第１流量測定部２３の測定した第１空気ＡＲ１の流量（以下、「流量ＦＢ」と記載する。）とに基づいて、チャンバー５３に供給される混合空気の湿度を算出する。
【００５６】
実施形態１では、制御ユニットＵ３は、チャンバー５３に供給される混合空気の湿度を表す水蒸気モル分率ｘgen（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を、式（２）に基づいて算出する。
【００５７】
【数２】
2019132445.tif 000004
…（２）
【００５８】
式（２）において、「ｎair」は第１空気ＡＲ１のモル流量（ｍｏｌ／ｓ）、「ｎsteam」は過熱水蒸気のモル流量（ｍｏｌ／ｓ）、「ｘair」は第１空気ＡＲ１の水蒸気モル分率（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を示す。第１空気ＡＲ１のモル流量ｎairは、第１流量測定部２３によって測定された第１空気ＡＲ１の体積流量又は質量流量に基づいて算出される。過熱水蒸気のモル流量ｎsteamは、蒸気流量測定部５の測定結果に基づいて式（１）に従って算出される。第１空気ＡＲ１の水蒸気モル分率ｘairは、制御ユニットＵ３によって第１空気ＡＲ１の湿度に基づいて算出される。第１空気ＡＲ１の湿度は湿度計（不図示）により測定される。
【００５９】
実施形態１によれば、湿度発生装置１００は、水蒸気モル分率ｘgenを有する混合空気をチャンバー５３に供給できる。つまり、湿度発生装置１００は、水蒸気モル分率ｘgenで表される目標湿度をチャンバー５３内で発生できる。
【００６０】
制御ユニットＵ３は、湿度発生ユニットＵ１及び校正ユニットＵ２を制御する。具体的には、制御ユニットＵ３は、蒸気流量調節部Ｆ１、水除去部３、蒸気流量測定部５、空気流量調節部Ｆ２、第１流量測定部２３、第１温度制御部２５、第１出力切替部３１、第２出力切替部４１、温度調節部５１、圧力調節部５９、及びファン６１を制御する。
【００６１】
制御ユニットＵ３は、コンピューターであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサーと、記憶装置とを含む。記憶装置は、データ及びコンピュータープログラムを記憶する。記憶装置は、半導体メモリーのような主記憶装置と、半導体メモリー及び／又はハードディスクドライブのような補助記憶装置とを含む。制御ユニットＵ３のプロセッサーは、制御ユニットＵ３の記憶装置が記憶しているコンピュータープログラムを実行して、湿度発生ユニットＵ１及び校正ユニットＵ２を制御する。
【００６２】
以上、図１を参照して説明したように、実施形態１によれば、湿度発生装置１００は、分流法で使用される飽和槽を有することなく、混合空気又は過熱水蒸気を発生している。従って、飽和槽への供給熱量の増大、飽和槽の結露防止用の温度管理のための装置の大型化、及び、飽和槽からの気泡の量の増加に起因する流量の不安定という問題が発生しない。その結果、比較的広い温度帯において比較的高い精度で目標湿度を発生できる。例えば、露点温度２５℃（室温相当）以上露点温度９５℃以下の温度帯だけでなく、特に高温域側の温度帯、つまり、大気圧において露点温度９５℃以上露点温度１００℃以下の温度帯においても、比較的高い精度で目標湿度を発生できる。例えば、大気圧よりも高い圧力の環境下では、露点温度１００℃よりも高い露点温度の温度帯において、比較的高い精度で目標湿度を発生できる。
【００６３】
また、実施形態１によれば、湿度発生装置１００は飽和槽を有していないため、湿度発生装置１００を小型化できる。
【００６４】
さらに、実施形態１によれば、蒸気流量調節部Ｆ１によって過熱水蒸気の流量を調節するとともに、空気流量調節部Ｆ２によって第１空気ＡＲ１の流量を調節することによって、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度を容易に調節できる。つまり、目標湿度を容易に設定できる。
【００６５】
さらに、実施形態１によれば、温度調節部５１及び／又は圧力調節部５９によって、チャンバー５３内の温度及び／又は圧力を調節することで、任意の相対湿度及び／又は露点温度を有する混合空気を生成できる。
【００６６】
さらに、実施形態１によれば、温度調節部５１及び／又は圧力調節部５９によって、チャンバー５３内の温度及び／又は圧力を調節することで、所望の温度及び所望の圧力を有する過熱水蒸気を生成できる。
【００６７】
さらに、実施形態１によれば、比較的高い精度で目標湿度を発生できるため、湿度発生装置１００は湿度標準を発生するために好適である。湿度標準とは、湿度測定装置の測定値を確認するための標準となる湿度のことである。従来、湿度調整（水蒸気流量の調整）は経験的な操作で行われていたところ、湿度発生装置１００によって湿度標準を整備することで、湿度測定装置の精度（不確かさ）が明確化され得る。加えて、工学的な観点から水の沸点温度以上での湿度の意味が整理され、過熱水蒸気及び高温高湿度の湿潤空気の利用チャート（後述する図２）上で、過熱水蒸気及び湿潤空気の状態を数値化することが可能となる。その結果、種々の利用分野において従来まで経験的に使われてきた、広範囲な温度域及び湿度域の気体の利用技術がさらに高度化されることが期待できる。「種々の利用分野」は、例えば、湿度及び水蒸気の流量に関する計測工学、熱工学、装置工学、及び化学工学の分野、並びに、食品工学、農業工学、材料工学、及び乾燥工学の分野である。さらに、湿度発生装置１００は、各種加工装置の省エネルギー化（例えば、水蒸気使用量の低減又は熱回収）に寄与し得る。
【００６８】
次に、図２を参照して、過熱水蒸気及び高温高湿度の湿潤空気を説明する。図２は、過熱水蒸気及び高温高湿度の湿潤空気の利用チャートを示す図である。図２において、横軸は０℃から２５０℃までの温度Ｔを示し、縦軸は水蒸気分圧Ｐｓ（ｋＰａ）を示す。
【００６９】
図２に示すように、利用チャートには、１００℃以上の水蒸気のみの状態（大気圧＝水蒸気分圧）、つまり、過熱水蒸気の状態が示されている。大気圧の過熱水蒸気（利用チャートの上端）では、露点温度は１００℃である。利用チャートは、空気調和の分野で一般的に使用される空気線図に基づいて作成されている。破線で示される枠Ｇは、一般的な空気線図で示されている領域を示す。利用チャートにおいて、例えば、点Ａの湿潤空気の露点温度は温度Ｃであり、点Ａの湿潤空気の湿球温度は温度Ｂである。また、利用チャートには、気体の称呼例を記載している。破線の枠で囲まれた称呼は俗称を示す。
【００７０】
利用チャートでは、高温になるほど実在可能な湿度（水蒸気分圧）領域が大きく広がっている。湿度発生装置１００は、利用チャートに示す広い温度帯において、過熱水蒸気及び湿潤空気を発生できる。
【００７１】
次に、図１及び図３を参照して、校正ユニットＵ２を説明する。校正ユニットＵ２は、「校正部」の一例に相当する。図１に示すように、校正ユニットＵ２は、蒸気流量測定部５を校正するためのユニットである。
【００７２】
図３は、校正ユニットＵ２を示す図である。図３に示すように、校正ユニットＵ２は、凝縮部７１と、測定部７３とを含む。校正ユニットＵ２は、温度測定部７７を含んでいてもよい。
【００７３】
凝縮部７１は、湿度発生ユニットＵ１（具体的には第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１）の出力した過熱水蒸気を凝縮させて、過熱水蒸気を水に戻す。つまり、バルブ３３及びバルブ４３が閉じられ、バルブ４５が開かれているときに、凝縮部７１は、過熱水蒸気を凝縮させて、過熱水蒸気を水に戻す。
【００７４】
具体的には、凝縮部７１は、冷却水の通る冷却管７５を有する熱交換器を含む。そして、凝縮部７１は、冷却管７５によって過熱水蒸気を冷却し、過熱水蒸気を水に戻す。温度測定部７７は、冷却管７５の表面の温度を測定して、温度の値を制御ユニットＵ３に出力する。温度測定部７７は、例えば、温度センサーである。
【００７５】
測定部７３は、過熱水蒸気の凝縮によって得られた水の重量を測定する。具体的には、測定部７３は、収容部８１と、重量測定部８３とを含む。収容部８１は、過熱水蒸気の凝縮によって得られた水を収容する。収容部８１は、例えば、容器である。重量測定部８３は、収容部８１に収容された水の重量を測定する。重量測定部８３は、例えば、電子天秤である。重量測定部８３は、水の重量の値を所定時間間隔で制御ユニットＵ３に出力する。
【００７６】
制御ユニットＵ３は、所定時間間隔で出力される水の重量の値を記憶する。そして、制御ユニットＵ３は、記憶した水の重量の値に基づいて、単位時間当たりの水の重量の変化量を算出する。単位時間あたりの水の重量の変化量は、過熱水蒸気の質量流量Ｍ１を示す。
【００７７】
そして、制御ユニットＵ３は、過熱水蒸気の質量流量Ｍ１に基づいて、蒸気流量測定部５を校正する。従って、実施形態１によれば、比較的高い温度において比較的高い目標湿度を発生する場合でも、蒸気流量測定部５の精度が、比較的長期間の使用によって低下することを抑制できる。つまり、比較的長期間にわたって湿度発生装置１００（湿度発生ユニットＵ１）の信頼性を維持できる。
【００７８】
特に、高温の過熱水蒸気の流量を測定する蒸気流量測定部５の精度は、第１空気ＡＲ１の流量を測定する第１流量測定部２３と比較して、長期間の使用によって低下し易い。従って、蒸気流量測定部５を校正することは、湿度発生装置１００の信頼性を維持するために特に有効である。
【００７９】
具体的には、制御ユニットＵ３は、過熱水蒸気の質量流量Ｍ１と式（１）とに基づいて、蒸気流量測定部５を校正する。
【００８０】
すなわち、制御ユニットＵ３は、過熱水蒸気の質量流量Ｍ１を過熱水蒸気のモル流量に変換する。過熱水蒸気のモル流量は、式（１）のモル流量ｎsteamに相当する。そして、制御ユニットＵ３は、式（１）に基づいて、モル流量ｎsteamと断面積Ａと差圧ΔＰと密度ρsteamとモル質量ＭH2Oとに基づいて、流出係数Ｋsteamを算出する。
【００８１】
制御ユニットＵ３は、温度Ｔ１を一定にしてΔＰ／Ｐ１を所定間隔で変化させたときのΔＰ／Ｐ１の異なる値ごとに、流出係数Ｋsteamを算出する。そして、制御ユニットＵ３は、流出係数ＫsteamをΔＰ／Ｐ１の１次関数として表す。例えば、Ｋsteam＝−Ｑ１×（ΔＰ／Ｐ１）＋Ｑ２、である。「Ｑ１」及び「Ｑ２」は定数である。
【００８２】
実施形態１によれば、過熱水蒸気の質量流量Ｍ１に基づいて流出係数Ｋsteamを決定することで、蒸気流量測定部５を精度良く校正できる。
【００８３】
（実施形態２）
図１及び図４を参照して、本発明の実施形態２に係る湿度発生システム５００を説明する。実施形態２に係る湿度発生システム５００が、蒸気流量測定部５の校正に加えて湿度の校正のための校正ユニットＵ２Ａを備えている点で、実施形態２は実施形態１と主に異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【００８４】
図４は、実施形態２に係る湿度発生システム５００の湿度発生装置１００を示す図である。図４に示すように、実施形態２に係る湿度発生装置１００は、実施形態１に係る校正ユニットＵ２に代えて、校正ユニットＵ２Ａを備える。校正ユニットＵ２Ａは、「校正部」の一例に相当する。校正ユニットＵ２Ａは、蒸気流量測定部５を校正するためのユニットである。
【００８５】
校正ユニットＵ２Ａは、実施形態１に係る校正ユニットＵ２の構成に加えて、抽出部８５と、第２流量測定部８７と、ファン８９とをさらに含む。凝縮部７１は、実施形態１に係る凝縮部７１の構成に加えて、気水分離部７９をさらに含む。
【００８６】
蒸気流量測定部５を校正する際の凝縮部７１、測定部７３、及び制御ユニットＵ３の動作は、実施形態１と同様である。
【００８７】
湿度を校正する際は、校正ユニットＵ２Ａは、次のように動作する。すなわち、図１及び図４に示すように、凝縮部７１は、湿度発生ユニットＵ１（具体的には第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１）の出力した混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、水蒸気を水に戻す。つまり、バルブ３３が開かれ、バルブ４３が閉じられ、バルブ４５が開かれているときに、凝縮部７１は、混合空気に含まれる水蒸気を凝縮させて、水蒸気を水に戻す。
【００８８】
気水分離部７９は、混合空気に含まれる水分を混合空気から分離する。例えば、気水分離部７９は、遠心力又は重力を利用して、混合空気から水分を分離する。
【００８９】
測定部７３は、水蒸気の凝縮によって得られた水の重量と、混合空気から分離された水分の重量とを測定する。
【００９０】
具体的には、測定部７３の収容部８１は、水蒸気の凝縮によって得られた水と混合空気から分離された水分とを収容する。重量測定部８３は、収容部８１に収容された水及び水分の重量を測定する。以下、収容部８１に収容された水及び水分を「水Ｗ」と記載する。重量測定部８３は、水Ｗの重量の値を所定時間間隔で制御ユニットＵ３に出力する。
【００９１】
制御ユニットＵ３は、所定時間間隔で出力される水Ｗの重量の値を記憶する。そして、制御ユニットＵ３は、記憶した水Ｗの重量の値に基づいて、単位時間当たりの水Ｗの重量の変化量を算出する。単位時間あたりの水Ｗの重量の変化量は、混合空気に含まれる水蒸気の質量流量（以下、「質量流量ＦＬ１」と記載する。）を示す。
【００９２】
抽出部８５は、第２空気（以下、「第２空気ＡＲ２」と記載する。）を凝縮部７１から抽出する。第２空気ＡＲ２は、水蒸気の凝縮後かつ水分の分離後の混合空気である。具体的には、抽出部８５は、バルブ９１を含み、バルブ９１を開くことによって、第２空気ＡＲ２を凝縮部７１から抽出する。温度測定部７７は、冷却管７５の表面の温度を測定して、温度の値を制御ユニットＵ３に出力する。なお、冷却管７５の表面の温度は、第２空気ＡＲ２の温度と略等しいと考えることもできる。従って、制御ユニットＵ３は、冷却管７５の表面の温度を、第２空気ＡＲ２の温度として処理する。
【００９３】
第２流量測定部８７は、第２空気ＡＲ２の流量（以下、「流量ＦＬ２」と記載する。）を測定する。第２流量測定部８７は、第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ２の値を制御ユニットＵ３に出力する。第２流量測定部８７は、例えば、体積流量又は質量流量を測定する流量計である。ファン８９は、第２空気ＡＲ２を吸引して排出する。
【００９４】
制御ユニットＵ３は、混合空気に含まれる水蒸気の質量流量ＦＬ１と第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ２とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気の湿度ＨＭ１を算出する。
【００９５】
実施形態２では、制御ユニットＵ３は、混合空気の湿度ＨＭ１を表す水蒸気モル分率ｙgen（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を式（３）に基づいて算出する。
【００９６】
【数３】
2019132445.tif 000005
…（３）
【００９７】
式（３）において、「ＦＬ１」は、混合空気に含まれる水蒸気の質量流量を示す。「ＦＬ２」は、第２空気ＡＲ２の質量流量を示す。「ＭＷH2O」は水の分子量（＝１８）を示す。「ＭＷair」は空気の分子量（＝２８）を示す。「ｘFL2」は、第２空気ＡＲ２の水蒸気モル分率（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を示す。実施形態２では、「ｘFL2」は、第２空気ＡＲ２が飽和空気であると仮定して、第２空気ＡＲ２の温度から推算される。
【００９８】
一方、制御ユニットＵ３は、蒸気流量測定部５の測定した過熱水蒸気の流量ＦＡと第１流量測定部２３の測定した第１空気ＡＲ１の流量ＦＢとに基づいて、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ２を算出する。実施形態２では、実施形態１と同様にして、制御ユニットＵ３は、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ２を表す水蒸気モル分率ｘgenを、式（２）に基づいて算出する。
【００９９】
制御ユニットＵ３は、湿度ＨＭ２を湿度ＨＭ１によって校正する。従って、実施形態２によれば、湿度ＨＭ２の校正を実行しない場合と比較して、チャンバー５３内において高い精度で目標湿度を発生できる。その他、実施形態２では、実施形態１と同様の効果を有する。
【０１００】
（実施形態３）
図１及び図５を参照して、本発明の実施形態３に係る湿度発生システム５００を説明する。実施形態３に係る湿度発生システム５００が、校正ユニットＵ２Ｂにおいて第２空気ＡＲ２を加熱する点で、実施形態３は実施形態２と主に異なる。以下、実施形態３が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【０１０１】
図５は、実施形態３に係る湿度発生システム５００の湿度発生装置１００を示す図である。図５に示すように、実施形態３に係る湿度発生装置１００は、実施形態２に係る校正ユニットＵ２Ａに代えて、校正ユニットＵ２Ｂを備える。校正ユニットＵ２Ｂは、「校正部」の一例に相当する。
【０１０２】
校正ユニットＵ２Ｂは、実施形態２に係る校正ユニットＵ２Ａの構成に加えて、第２温度制御部９３と、湿度測定部９５と、温度測定部９７とをさらに含む。第２温度制御部９３は第２空気ＡＲ２を加熱する。具体的には、第２温度制御部９３は、第２空気ＡＲ２を、第２空気ＡＲ２の湿度が所定値になる温度まで加熱する。第２空気ＡＲ２を加熱する際に、第２空気ＡＲ２に含まれている気水分離部７９によって分離できなかった水分が蒸発する。第２温度制御部９３は、例えば、ヒーターである。
【０１０３】
例えば、第２温度制御部９３は、第２空気ＡＲ２を、第２空気ＡＲ２の相対湿度が所定値になる温度まで加熱する。例えば、「所定値」は、２０％以上８０％以下の値であり、「所定値になる温度」は、２５℃以上６５℃以下の温度である。
【０１０４】
湿度測定部９５は、第２温度制御部９３によって加熱された第２空気ＡＲ２の湿度を測定する。実施形態３では、湿度測定部９５は第２空気ＡＲ２の相対湿度を測定する。湿度測定部９５は、第２空気ＡＲ２の湿度の値を制御ユニットＵ３に出力する。湿度測定部９５は、例えば、湿度センサーである。
【０１０５】
温度測定部９７は、第２温度制御部９３によって加熱された第２空気ＡＲ２の温度を測定する。温度測定部９７は、第２空気ＡＲ２の温度の値を制御ユニットＵ３に出力する。温度測定部９７は、例えば、温度センサーである。なお、第２空気ＡＲ２の湿度と温度との測定の順番は、特に限定されない。
【０１０６】
第２流量測定部８７は、第２温度制御部９３によって加熱された第２空気ＡＲ２の流量（以下、「流量ＦＬ３」と記載する。）を測定する。第２流量測定部８７は、第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ３の値を制御ユニットＵ３に出力する。第２流量測定部８７は、例えば、体積流量又は質量流量を測定する流量計である。ファン８９は、第２空気ＡＲ２を吸引して排出する。
【０１０７】
制御ユニットＵ３は、第２空気ＡＲ２の温度と湿度とに基づいて、第２空気ＡＲ２の水蒸気分圧を算出する。そして、制御ユニットＵ３は、第２空気ＡＲ２の水蒸気分圧と温度と圧力（例えば、大気圧）と第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ３とに基づいて、第２空気ＡＲ２に含まれる水蒸気の流量（以下、「流量ＦＬ４」と記載する。）を算出する。また、制御ユニットＵ３は、流量ＦＬ３から流量ＦＬ４を減算して、水蒸気を除いた第２空気ＡＲ２の流量（以下、「流量ＦＬ５」と記載する。）を算出する。
【０１０８】
そして、制御ユニットＵ３は、第２空気ＡＲ２に含まれる水蒸気の流量ＦＬ４と、混合空気に含まれる水蒸気の質量流量ＦＬ１とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気に含まれる水蒸気の合計流量ＦＬＳを算出する。さらに、制御ユニットＵ３は、混合空気に含まれる水蒸気の合計流量ＦＬＳと、水蒸気を除いた第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ５とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気の湿度ＨＭ３を算出する。
【０１０９】
実施形態３では、制御ユニットＵ３は、混合空気の湿度ＨＭ３を表す水蒸気モル分率ｙgen（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を式（４）に基づいて算出する。
【０１１０】
【数４】
2019132445.tif 000006
…（４）
【０１１１】
式（４）において、「ＦＬＳ」は、混合空気に含まれる水蒸気の合計流量を示し、質量流量によって表される。「ＦＬ５」は、水蒸気を除いた第２空気ＡＲ２の質量流量を示す。「ＭＷH2O」は水の分子量（＝１８）を示す。「ＭＷair」は空気の分子量（＝２８）を示す。「ｘFL5」は、水蒸気を除いた第２空気ＡＲ２の水蒸気モル分率（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を示す。実施形態３では、「ｘFL5」は、第２空気ＡＲ２の温度と湿度と圧力とに基づいて算出される。具体的には、「ｘFL5」は、温度測定部９７の測定した第２空気ＡＲ２の温度と、湿度測定部９５の測定した第２空気ＡＲ２の湿度と、第２空気ＡＲ２の圧力（例えば、大気圧）とに基づいて算出される。
【０１１２】
一方、図１及び図５に示すように、制御ユニットＵ３は、蒸気流量測定部５の測定した過熱水蒸気の流量ＦＡと第１流量測定部２３の測定した第１空気ＡＲ１の流量ＦＢとに基づいて、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ２を算出する。実施形態３では、実施形態２と同様にして、制御ユニットＵ３は、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ２を表す水蒸気モル分率ｘgenを、式（２）に基づいて算出する。
【０１１３】
そして、制御ユニットＵ３は、湿度ＨＭ２を湿度ＨＭ３によって校正する。従って、実施形態３によれば、湿度ＨＭ２の校正を実行しない場合と比較して、チャンバー５３内において高い精度で目標湿度を発生できる。その他、実施形態３では、実施形態２と同様の効果を有する。
【０１１４】
特に、第２空気ＡＲ２の湿度を測定して、第２空気ＡＲ２に含まれる水蒸気の流量を算出しているため、実施形態２と比較して、凝縮部７１に供給される混合空気の湿度ＨＭ３をさらに精度良く算出できる。その結果、さらに精度良く湿度ＨＭ２を校正できる。また、第２空気ＡＲ２に含まれる水分を蒸発させた後に、第２空気ＡＲ２の流量を測定している。従って、水分がゼロか、又は、水分をほとんど含まない第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ３を測定できる。その結果、水分を蒸発させない場合と比較して、混合空気の湿度ＨＭ３をさらに精度良く算出できる。
【０１１５】
（実施形態４）
図６を参照して、本発明の実施形態４に係る湿度発生システム５００を説明する。実施形態４に係る湿度発生システム５００が、第１流量測定部２３及び第１温度制御部２５に加えて加熱部６３及び流量測定部６５を備える点で、実施形態４は実施形態１と異なる。以下、実施形態４が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１１６】
図６は、実施形態４に係る湿度発生システム５００を示す図である。図６に示すように、湿度発生システム５００の湿度発生装置１００は、実施形態１に係る湿度発生ユニットＵ１に代えて、湿度発生ユニットＵ１Ａを備える。湿度発生ユニットＵ１Ａは、実施形態１に係る湿度発生ユニットＵ１の構成に加えて、加熱部６３と、流量測定部６５とをさらに含む。
【０１１７】
加熱部６３及び流量測定部６５は、第２出力切替部４１と温度調節部５１との間に配置される。加熱部６３は、流量測定部６５の上流側に配置される。加熱部６３は、第１出力切替部３１及び第２出力切替部４１の出力した過熱水蒸気又は混合空気を加熱する。流量測定部６５は、加熱部６３によって加熱された過熱水蒸気又は混合空気の流量を測定する。流量測定部６５は、過熱水蒸気又は混合空気の流量の値を制御ユニットＵ３に出力する。流量測定部６５は、例えば、体積流量又は質量流量を測定する流量計である。流量測定部６５によって流量の測定された過熱水蒸気又は混合空気は、チャンバー５３に向けて出力される。
【０１１８】
制御ユニットＵ３は、流量測定部６５の測定した混合空気の流量（以下、「流量ＦＣ」と記載する。）と第１流量測定部２３の測定した第１空気ＡＲ１の流量ＦＢとに基づいて、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ４を算出する。
【０１１９】
実施形態４では、制御ユニットＵ３は、混合空気の湿度ＨＭ４を表す水蒸気モル分率ｘgen（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を式（５）に基づいて算出する。
【０１２０】
【数５】
2019132445.tif 000007
…（５）
【０１２１】
式（５）において、「ｎFC」は、混合空気のモル流量（ｍｏｌ／ｓ）を示す。「ｎFC」は、流量測定部６５によって測定された混合空気の体積流量又は質量流量に基づいて算出される。「ｘair」は、第１空気ＡＲ１の水蒸気モル分率（ｍｏｌ／ｍｏｌ）を示す。「ｘair」は、制御ユニットＵ３によって第１空気ＡＲ１の湿度に基づいて算出される。第１空気ＡＲ１の湿度は湿度計（不図示）により測定される。「ｎair」は、第１空気ＡＲ１のモル流量（ｍｏｌ／ｓ）を示す。「ｎair」は、第１流量測定部２３によって測定された第１空気ＡＲ１の体積流量又は質量流量に基づいて算出される。
【０１２２】
又は、制御ユニットＵ３は、実施形態１と同様にして、蒸気流量測定部５の測定した過熱水蒸気の流量ＦＡと第１流量測定部２３の測定した第１空気ＡＲ１の流量ＦＢとに基づいて、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度ＨＭ２を算出する。
【０１２３】
以上、図６を参照して説明したように、実施形態４によれば、ユーザーは、チャンバー５３に供給する混合空気の湿度を、流量測定部６５の測定した流量ＦＣに基づいて算出するか、又は、蒸気流量測定部５の測定した流量ＦＡに基づいて算出するかを選択できる。従って、流量測定部６５及び蒸気流量測定部５の特性並びに流量の大小に応じて、過熱水蒸気の流量又は混合空気の流量を適切に測定できる。
【０１２４】
例えば、流量測定部６５と蒸気流量測定部５とで、流量の測定レンジを異ならせることで、過熱水蒸気の流量に応じて、精度良く過熱水蒸気の流量又は混合空気の流量を測定できる。例えば、蒸気流量測定部５の測定レンジが、流量測定部６５の測定レンジよりも小さい。つまり、蒸気流量測定部５が比較的小流量の測定レンジを有し、流量測定部６５が蒸気流量測定部５よりも大流量の測定レンジを有する。この場合、過熱水蒸気の流量が比較的小さい場合は、制御ユニットＵ３は、蒸気流量測定部５の測定結果に基づいて、混合空気の湿度ＨＭ２を算出する。一方、過熱水蒸気の流量が比較的大きい場合は、制御ユニットＵ３は、流量測定部６５の測定結果に基づいて、混合空気の湿度ＨＭ４を算出する。
【０１２５】
その他、実施形態４では、実施形態１と同様の効果を有する。また、図４及び図５を参照して説明した実施形態２及び実施形態３において、湿度発生装置１００は、湿度発生ユニットＵ１に代えて、実施形態４に係る湿度発生ユニットＵ１Ａを備えてもよい。この場合は、湿度ＨＭ４が、湿度ＨＭ１又は湿度ＨＭ３によって校正される。
【０１２６】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態及び実施例について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態及び実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）〜（６））。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【０１２７】
（１）図３〜図６を参照して説明した実施形態１〜実施形態４において、蒸気流量測定部５を校正する際に、測定部７３は、過熱水蒸気の凝縮によって得られた水の体積を測定してもよい。この場合、例えば、測定部７３は、ストップウォッチのような時間測定部８４を含む。また、収容部８１は、例えば、メスシリンダーである。そして、作業者は、ストップウォッチで測定された一定時間ごとに、メスシリンダーに収容された水の体積をメスシリンダーの目盛から読み取り、水の体積の値を制御ユニットＵ３に入力する。
【０１２８】
制御ユニットＵ３は、一定時間ごとに入力される水の体積の値を記憶する。そして、制御ユニットＵ３は、記憶した水の体積の値に基づいて、単位時間当たりの水の体積の変化量を算出する。単位時間あたりの水の体積の変化量は、凝縮部７１に供給された過熱水蒸気の体積流量を示す。そして、制御ユニットＵ３は、過熱水蒸気の体積流量に基づいて、蒸気流量測定部５を校正する。
【０１２９】
（２）図４及び図５を参照して説明した実施形態２及び実施形態３において、湿度を校正する際に、測定部７３は、水蒸気の凝縮によって得られた水と混合空気から分離された水分との体積を測定してもよい。この場合、例えば、測定部７３は、ストップウォッチのような時間測定部８４を含む。また、収容部８１は、例えば、メスシリンダーである。そして、作業者は、ストップウォッチで測定された一定時間ごとに、メスシリンダーに収容された水及び水分（以下、「水Ｗ」と記載する。）の体積をメスシリンダーの目盛から読み取り、水Ｗの体積の値を制御ユニットＵ３に入力する。
【０１３０】
制御ユニットＵ３は、一定時間ごとに入力される水Ｗの体積の値を記憶する。そして、制御ユニットＵ３は、記憶した水の体積の値に基づいて、単位時間当たりの水の体積の変化量を算出する。単位時間あたりの水の体積の変化量は、凝縮部７１に供給された混合空気に含まれる水蒸気の体積流量を示す。
【０１３１】
そして、実施形態２においては、制御ユニットＵ３は、混合空気に含まれる水蒸気の体積流量と第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ２とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気の湿度を算出する。また、実施形態３においては、制御ユニットＵ３は、第２空気ＡＲ２に含まれる水蒸気の流量ＦＬ４と、混合空気に含まれる水蒸気の体積流量とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気に含まれる水蒸気の合計流量を算出する。そして、制御ユニットＵ３は、混合空気に含まれる水蒸気の合計流量と、水蒸気を除いた第２空気ＡＲ２の流量ＦＬ５とに基づいて、凝縮部７１に供給された混合空気の湿度を算出する。
【０１３２】
（３）図３〜図６を参照して説明した実施形態１〜実施形態４において、測定部７３は、ストップウォッチのような時間測定部８４を含んでいてもよい。この場合、作業者が、ストップウォッチで測定された一定時間ごとに、重量測定部８３の表示する水の重量の値を制御ユニットＵ３に入力する。制御ユニットＵ３は、一定時間ごとに入力される水の重量の値を記憶する。そして、制御ユニットＵ３は、記憶した水の重量の値に基づいて、単位時間当たりの水の重量の変化量を算出する。
【０１３３】
（４）図１〜図６を参照して説明した実施形態１〜実施形態４において、校正ユニットＵ２、校正ユニットＵ２Ａ、又は、校正ユニットＵ２Ｂを、チャンバー５３の下流に配置してもよい。そして、チャンバー５３から、過熱水蒸気又は混合空気を、校正ユニットＵ２、校正ユニットＵ２Ａ、又は、校正ユニットＵ２Ｂに供給してもよい。例えば、校正ユニットＵ２、校正ユニットＵ２Ａ、又は、校正ユニットＵ２Ｂを、ファン６１の下流に配置する。そして、ファン６１が、チャンバー５３に収容された過熱水蒸気又は混合空気を、校正ユニットＵ２、校正ユニットＵ２Ａ、又は、校正ユニットＵ２Ｂに供給する。
【０１３４】
（５）図１〜図６を参照して説明した実施形態１〜実施形態４において、第１温度制御部２５は、第１空気ＡＲ１を冷却してもよい。この場合、第１温度制御部２５は冷却装置である。第１出力切替部３１は、冷却された第１空気ＡＲ１と過熱水蒸気とを混合することで、飽和湿り蒸気又は水滴入り空気を出力できる。水滴入り空気は、例えば、微小な水滴のような霧を含む空気（霧入り空気）である。また、温度調節部５１は、過熱水蒸気又は混合空気を冷却して、飽和湿り蒸気又は水滴入り空気をチャンバー５３に供給してもよい。この場合、温度調節部５１は冷却装置である。
【０１３５】
（６）図１及び図６を参照して説明した実施形態１〜実施形態４において、空気供給装置３００は、湿度発生システム５００の設置された室内の空気を除湿し、除湿した空気を第１空気ＡＲ１として湿度発生装置１００に供給してもよい。その結果、湿度発生装置１００が発生可能な目標湿度の最低値を下げることができる。この場合、空気供給装置３００は除湿装置を含む。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明は、湿度発生装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０１３７】
３    水除去部
５    蒸気流量測定部
７    気水分離部
９    加熱部
２３    第１流量測定部
２５    第１温度制御部
３１    第１出力切替部
４１    第２出力切替部
５３    チャンバー
６５    流量測定部
７１    凝縮部
７３    測定部
７９    気水分離部
８７    第２流量測定部
９３    第２温度制御部
９５    湿度測定部
９７    温度測定部
１００    湿度発生装置
５００    湿度発生システム
Ｕ１、Ｕ１Ａ    湿度発生ユニット
Ｕ２、Ｕ２Ａ、Ｕ２Ｂ    校正ユニット（校正部）
Ｕ３    制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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