(57)【要約】【課題】温度、湿度、流量を個別の物理量として夫々を独立に設定・制御できる気体発生装置を提供する。【解決手段】加熱器１０を内蔵する容器１１と、容器１１に乾燥気体を供給する乾燥気体発生システム１と、容器１１に蒸気を供給する蒸気発生システム２と、容器１１により混合された気体の温度、湿度、及び流量をそれぞれ計測するための温度計１２、湿度計１３、及び流量計１４と、温度計１２からの出力情報、湿度計１３からの出力情報、流量計１４からの出力情報のうち少なくともいずれか一つを、乾燥気体発生システム１、蒸気発生システム２、または、加熱器１０のいずれかにフィードバックする回路とを有する気体発生装置を構成する。【選択図】図１
2012013377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度、所定湿度の気体を所定の流量で送出させる気体発生装置であって、
加熱器を内蔵する容器と、
前記容器に乾燥気体を供給する乾燥気体発生システムと、
前記容器に蒸気を供給する蒸気発生システムと、
前記容器により混合された気体の温度、湿度、及び流量をそれぞれ計測するための温度計、湿度計、及び流量計と、
前記温度計からの出力情報、前記湿度計からの出力情報、および、前記流量計からの出力情報のうち少なくともいずれか一つを、前記乾燥気体発生システム、前記蒸気発生システム、または、前記加熱器のいずれかにフィードバックする回路と、
を有する気体発生装置。
【請求項２】
前記温度計からの出力情報が前記加熱器にフィードバックされる請求項１に記載の気体発生装置。
【請求項３】
前記湿度計からの出力情報が前記蒸気発生システムにフィードバックされる請求項１または２に記載の気体発生装置。
【請求項４】
前記乾燥気体発生システムが流量制御装置を有し、該流量制御装置には演算装置が接続され、該演算装置には、前記流量計からの出力情報、前記温度計からの出力情報、および前記湿度計からの出力情報が入力され、該演算装置によって、前記流量制御装置を制御するための信号が生成される請求項１〜３のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項５】
前記温度計が前記容器内に設けられており、前記湿度計及び流量計が前記容器よりも下流側に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項６】
気体発生装置の外部に設けられた外部温度計を備え、該外部温度計からの出力情報または前記温度計からの出力情報のいずれかを選択するスイッチを有する請求項１〜５のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項７】
前記気体発生装置の外部に設けられた外部湿度計を備え、該外部湿度計からの出力情報または前記湿度計からの出力情報のいずれかを選択して前記回路に入力させるスイッチを有する請求項１〜６のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項８】
前記加熱器が巻き形状を有する請求項１〜７のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項９】
前記湿度計の出力情報から露点を算出する演算装置をさらに備え、湿度情報又は露点情報のいずれかを選択して前記回路に入力させるスイッチを有する請求項１〜８のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項１０】
露点を一定に制御させる請求項９に記載の気体発生装置。
【請求項１１】
前記蒸気発生システムが、電熱式蒸気発生装置である請求項１〜１０のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項１２】
前記乾燥気体発生システムに、乾燥気体の圧力を測定する圧力計が備えられた請求項１〜１１のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項１３】
前記気体発生装置の気体送出口に、混合気体の圧力を測定する圧力計が備えられた請求項１〜１２のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項１４】
前記乾燥気体が不活性ガスである請求項１〜１３のいずれかに記載の気体発生装置。
【請求項１５】
前記乾燥気体が空気である請求項１４に記載の気体発生装置。
【請求項１６】
前記蒸気が水蒸気である請求項１〜１５のいずれかに記載の気体発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが所望する所定温度、所定湿度の気体を所定の流量で送出させることができる気体発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
湿度や温度が調整された気体を送出する気体発生装置（湿度発生装置）の一つとして、分流式の湿度発生装置（ＪＩＳ−Ｂ７９２０）が知られている。これは、飽和空気と乾燥空気を混合することによって湿度を調節する方式であり、具体的には、飽和空気と乾燥空気の分流比によって０〜１００％ＲＨの湿度を調節する機構に関するものである。乾燥空気の分流比を１００％とすれば湿度０％ＲＨの乾燥恒温空気を発生させることができ、逆に飽和空気の分流比を１００％とすれば湿度１００％ＲＨの湿潤恒温空気を発生できるものである。
【０００３】
図１３は、分流式の気体発生装置の基本構成を示すものである。発生気体の温度および湿度は発生気体の露点に基づいて調節するため、飽和槽と試験槽および配管類を恒温水槽などで温度を一定に保ち、その特定温度に対する湿度が現に得られる。なお、飽和槽とは、水中に乾燥空気を通すことにより１００％ＲＨの飽和空気を得るための水槽であり、試験槽とは、乾燥空気と飽和空気とを混合させるための気体槽である。
【０００４】
飽和空気の流量そのものを正確に測定するのは難しいため、飽和槽に入る前の乾燥空気を飽和空気の流量として測定する。
【０００５】
飽和空気の温度を変えるには恒温水槽（飽和槽）の温度を変える必要があり、水の熱容量は大きいため、この操作には長い時間がかかる。また湿度も影響を受けるので、試験槽内の湿度を一定に保とうとすると分流比を変える必要が生じ、これにより流量が所望の量からは外れてしまうことになる。したがって、従来の分流式の湿度発生装置では、ユーザが所望する所定温度、所定湿度、所定の流量の全てを満たした気体を送出することは非常に困難であった。
【０００６】
なお、汎用の分流式湿度発生装置では、飽和槽の温度は１００℃未満であり、９０℃を超える露点の気体を発生させることは難しい。気体発生装置から離れた場所で任意な温湿度を得るためには、気体発生装置とは別に任意な温度に調節できる機構が必要となり、装置が複雑で大型化してしまう。一方、室温以下の低露点の気体を発生させることも難しい。何故ならば、水を冷やすために冷凍機が必要となり、装置全体が大型化してしまい、結果的にコスト高になるからである。
【０００７】
図１４は、空気の温度と飽和水蒸気圧との関係を示す空気線図である。露点から温度および湿度に変換するには、図１４に示す空気線図を用いて求めるか、若しくは計算で求める。計算によって露点から相対湿度（温度：任意条件）を求めるためには下記（１）〜（３）式を用いる。（１）式は、露点ｔｄｐ［℃］（絶対温度はＴdp［Ｋ］（＝ｔｄｐ＋２７３．１５））における飽和水蒸気圧ｅｄ［Ｐａ］を求める式、（２）式は温度ｔ［℃］（絶対温度はＴ［Ｋ］（＝ｔ＋２７３．１５））における飽和水蒸気圧ｅｓ［Ｐａ］を求める式、（３）式は温度ｔ［℃］（絶対温度はＴ［Ｋ］）における相対湿度Ｕ［％ＲＨ］を求めるものである。下記（１）〜（２）式において、ＬＮは自然対数関数を表す。
【０００８】
【数１】
2012013377.tif 000003
【０００９】
【数２】
2012013377.tif 000004
【００１０】
【数３】
2012013377.tif 000005
【００１１】
特許文献１は、気体の供給量を調節できる流量コントローラと加熱蒸気量を調節できる蒸気流量調節弁の分流比を変えることによって、得られた加熱気体と蒸気を混合器内で混合して湿度を調節する分流方式の湿度発生装置が記載されている。特許文献１に記載された手法では、発生する気体の湿度の調節を蒸気流量調節弁の流量を変えて行なうために、湿度を変えることによって供給される気体の流量も変わってしまう。そのため、湿度を一定としかつ発生気体の流量を一定に保つことができない。
【００１２】
上記分流式の湿度発生装置の他には、バブリング式の湿度発生装置（同じくＪＩＳ−Ｂ７９２０）が知られており、主に二圧力法、二温度法等に分類されている。バブリング式では、バブリング槽（水槽）中に空気を吹き込むものであり、水温と露点が等しくなる。分流式の湿度発生装置と比較すれば構造は簡単である。
【００１３】
図１５は、バブリング式の気体発生装置の基本構成を示すものである。バブリング槽の上方つまり発生気体が接触する部分や、さらにその先に配置された配管にはヒータが取り付けられており、バブリング槽中の水の温度と発生気体の温度との差が生じないように保温されている。湿度発生装置から離れた場所で任意の温度で任意の湿度を得るためには、分流式と同様に湿度発生装置とは別に任意な温度に調節できる付帯機構が必要となり設備が大型化し、或いは使用者において付帯設備を付加する必要が出てくる。汎用のバブリング槽では、バブリング槽の温度上限は９０℃程度であり、９０℃を超える露点を達成することは難しい。一般的にはそれ以上の高露点を所望する場合には、バブリング槽に圧力を加えることによって９０℃超、或いは１００℃超の露点気体を得る。
【００１４】
図１６は、他のバブリング式の気体発生装置の構成を示すものである。図１６に示すように、室温以下の低露点気体を得ようとする場合は、冷凍機でバブリング槽の水を間接的に冷やすことが必要になるため、装置が大型化し、コスト高になる。分流式、バブリング式のどちらの方式についても発生気体の露点を測定しているため、発生気体の湿度は上記のように計算で求めるか、または空気線図から求めなければならない。
【００１５】
上記のように、分流式、バブリング式のどちらの方式についても湿り気体を多流量で得ようとすれば水槽を大きくしたり、水槽の数を増やしたりすることで装置が大型化してしまう。
【００１６】
特許文献２には、加熱水に空気を通して加湿するバブリング式の機構が開示されているが、安定した加湿性能を確保するためには、水槽の段数を増やすことが記載されている。さらに特許文献２には加湿された気体の温度を目標温度よりも高温にすることによって露点を安定させる旨の記載があることからもうかがえるように、高流量の湿り空気の露点を安定させることは難しい。一旦高温に上げた露点を気体供給先において必要な温度に再び調整する必要がある。
【００１７】
なお、特許文献３には、水蒸気透過膜の袋に通水して、水を加熱することで膜を通して加湿する方法が記載されている。加湿量は膜の表面積に比例するので、流量が多い場合には大きな容積の加湿器になり、室内の加湿などに使うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２７３２２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１６５６号公報
【特許文献３】特開平３−１９５８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記のように、従来の気体発生装置では、ユーザが所望する所定温度、所定湿度、所定流量の３要素全てを満たした気体を発生（送出）させることは困難であった。
【００２０】
本発明はそれらの問題点を解決すべく、温度、湿度、流量を個別の物理量として、夫々を独立に設定・制御できる気体発生装置に関するものである。さらには、従来技術では十分に達成できなかった高速制御、すなわち設定温湿度の頻繁な設定変更、低露点の制御、離れた場所での任意な温湿度制御、大流量制御などが可能であり汎用性の高い精密な気体発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決し得た本発明の気体発生装置は、加熱器を内蔵する容器と、この容器に乾燥気体を供給する乾燥気体発生システムと、この容器に蒸気を供給する蒸気発生システムと、この容器により混合された気体の温度、湿度、及び流量をそれぞれ計測するための温度計、湿度計、及び流量計と、温度計からの出力情報、湿度計からの出力情報、および、流量計からの出力情報のうち少なくともいずれか一つを、乾燥気体発生システム、蒸気発生システム、または、加熱器のいずれかにフィードバックする回路を有するものである。このような構成では、従来のように露点計で計測される露点の情報を用いて間接的に温度および湿度を導出するのではなく、温度計および湿度計を用いて発生気体の温度および湿度を別個に計測するため、温度、湿度を直接的に制御することができる。その結果、発生する気体の温度と湿度を安定的に、応答性よく制御することができる。
【００２２】
上記気体発生装置において、前記温度計からの出力情報が前記加熱器にフィードバックされる態様が好ましく実施される。容器中に内蔵された加熱器の温度変更により、容器中の気体の温度を直接的かつ効果的に調整し得るからである。
【００２３】
上記気体発生装置において、前記湿度計からの出力情報が前記蒸気発生システムにフィードバックされる態様が好ましく実施される。蒸気発生システムの設定変更により、発生する気体の湿度を直接的かつ効果的に調整し得るからである。
【００２４】
上記気体発生装置において、前記乾燥気体発生システムが流量制御装置を有し、該流量制御装置には演算装置が接続され、該演算装置には、前記流量計からの出力情報、前記温度計からの出力情報、および前記湿度計からの出力情報が入力され、該演算装置によって、前記流量制御装置を制御するための信号が生成される態様が好ましく実施される。乾燥気体発生システムから得られる乾燥気体の流量の変化は、流量制御装置全体としての気体の送出量に反映されるばかりでなく、送出される気体の温度や湿度にも変動を与えるため、流量計からの出力情報、温度計からの出力情報、湿度計からの出力情報の全てに基づいて流量制御装置をコントロールすることがシステム全体の安定的動作にとって一層有効となるからである。
【００２５】
上記気体発生装置において、前記温度計が前記容器内に設けられており、前記湿度計及び流量計が前記容器よりも下流側に設けられている態様が好ましく実施される。温度計が容器内に設けられることにより、蒸気の発生場所に一層近い場所の温度情報を取得することができるので、発生気体の温度を応答性よくコントロールすることができる。
【００２６】
上記気体発生装置において、気体発生装置の外部に設けられた外部温度計を備え、該外部温度計からの出力情報または前記温度計からの出力情報のいずれかを選択するスイッチを有する態様が好ましく実施される。これにより気体発生装置の外部温度に基づき気体発生装置が直接制御されるので、ユーザが所望する温度環境に応答性よく追従することも可能となる。
【００２７】
上記気体発生装置において、前記気体発生装置の外部に設けられた外部湿度計を備え、該外部湿度計からの出力情報または前記湿度計からの出力情報のいずれかを選択して前記回路に入力させるスイッチを有する態様が好ましく実施される。これにより気体発生装置の外部湿度に基づき気体発生装置が直接制御されるので、ユーザが所望する湿度環境に応答性よく追従することも可能となる。
【００２８】
上記気体発生装置において、前記加熱器が巻き形状を有する態様が好ましく実施される。詳しくは、加熱器が長尺物形状の加熱部を有しており、長尺物が気体の流軸に対して非平行の成分を有することにより、気体の流れによって撹拌作用を発現する形状のものを指す。
【００２９】
上記気体発生装置において、前記湿度計の出力情報から露点を算出する演算装置をさらに備え、湿度情報又は露点情報のいずれかを選択して前記回路に入力させるスイッチを有する態様も実施される。
【００３０】
上記気体発生装置において、露点を一定に制御する態様も実施される。
【００３１】
上記気体発生装置において、前記蒸気発生システムが電熱式蒸気発生装置である態様も実施される。
【００３２】
上記気体発生装置において、前記乾燥気体発生システムに乾燥気体の圧力を測定する圧力計が備えられる態様も実施される。
【００３３】
上記気体発生装置において、前記気体発生装置の気体送出口に、混合気体の圧力を測定する圧力計が備えられる態様も実施される。
【００３４】
上記気体発生装置において、前記乾燥気体を不活性ガスとする態様、前記乾燥気体を空気とする態様、前記蒸気を水蒸気とする態様も実施される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の気体発生装置は、加熱器を内蔵する容器と、この容器に乾燥気体を供給する乾燥気体発生システムと、この容器に蒸気を供給する蒸気発生システムと、この容器により混合された気体の温度、湿度、及び流量をそれぞれ計測するための温度計、湿度計、及び流量計と、温度計からの出力情報、湿度計からの出力情報、および、流量計からの出力情報のうち少なくともいずれか一つを、乾燥気体発生システム、蒸気発生システム、または、加熱器のいずれかにフィードバックすることにより、ユーザが所望する所定温度、所定湿度の気体を所定の流量で送出させることを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態における気体発生装置の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における混合加熱システムの一部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における気体発生装置の制御信号の流れを示す参考図である。
【図４】本発明の実施例における気体発生装置の一部拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【図１３】従来の分流式気体発生装置の概要を示すブロック図である。
【図１４】空気の温度と飽和水蒸気圧との関係を示す空気線図である。
【図１５】従来のバブリング式気体発生装置の概要を示す説明図である。
【図１６】従来の他のバブリング式気体発生装置の概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
１．気体発生装置の全体構成
図１は、本発明の実施の形態における気体発生装置の概要を示すブロック図である。図１において、本発明の気体発生装置は、乾燥気体発生システム１、蒸気発生システム２、混合加熱システム３、流量計測システム４、温度湿度計測システム５を有している。本発明においてシステムとは、複数の構成（機械構成部品や電子部品等を含む）を組み合わせることにより一定の作用を達成し得る装置系を指すが、何れのシステムも、他のシステムの構成の一部または全部の機能を含んでいてもよく、配置関係も上記に限定されるものではない。
【００３８】
本発明の気体発生装置において用いられる気体や蒸気の種類は特に限定されない。気体として空気の他、窒素などの非爆発性ガスをクリーンに加熱および加湿することができる。安全面での配慮さえなされていれば、水素等の爆発性ガスを用いることも可能である。蒸気発生システム２には純水を供給することによりクリーンに加湿することができる。本実施の形態においては、気体として空気、蒸気として水蒸気を例に挙げて説明を行う。
【００３９】
本実施の形態における気体発生装置は、少なくとも、加熱器１０を内蔵する容器１１と、容器１１に乾燥気体を供給する乾燥気体発生システム１と、容器１１に蒸気を供給する蒸気発生システム２と、容器１１により混合された空気の温度、湿度、及び流量をそれぞれ計測するための温度計１２、湿度計１３、及び流量計１４と、温度計１２からの出力情報、湿度計１３からの出力情報、および、流量計１４からの出力情報のうち少なくともいずれか一つを、乾燥気体発生システム１、蒸気発生システム２、または、加熱器１０のいずれかにフィードバックする回路を有するものである。これによって、所定温度、所定湿度の空気を所定の流量で送出させる気体発生装置を得ることができる。本発明においてフィードバックとは、出力情報を引数とする特定の演算結果、或いは出力情報そのものを気体発生装置の上流側に帰還させることをいうものとする。
【００４０】
本発明における乾燥空気とは、未加湿であるために相対的に湿度が低い空気を指すものであり、０％ＲＨの空気のみを指すわけではない。
【００４１】
本実施の形態における気体発生装置は、乾燥空気と蒸気とを容器１１内で混合させ、かつ加熱器１０で加熱することにより、ユーザが所望する温度と湿度の湿り空気を発生させることができるものである。温度、湿度、流量は、それぞれ温度計１２、湿度計１３、及び流量計１４によって別個に測定されるため、従来のように空気線図を用いたり計算したりすることなく、温度、湿度、流量を直接的に設定し制御することができる。したがって、気体発生装置に関する専門知識を必要とすることなく、直感的にも理解しやすく汎用性も高い。
【００４２】
乾燥空気の加熱は熱媒を貯蔵した液体槽などによる間接的な加熱ではなく、加熱器１０による直接加熱であるので、乾燥空気の昇温時間が早く、設定温度の変更に対して短時間で安定状態まで到達できる。
【００４３】
特に室温以下の露点気体を得る場合は、図１６に示したバブリング式など露点式では冷凍機が必要となるが、本発明の気体発生装置では、冷凍機を用いることなく容易に低露点の湿り空気を得ることができる。露点範囲は−２１〜９０℃、或いはそれ以上のものが得られる。
【００４４】
乾燥気体発生システム１、蒸気発生システム２、混合加熱システム３、流量計測システム４、および温度湿度計測システム５は、必要に応じて以下の特定の態様をとることができる。
【００４５】
２．乾燥気体発生システム
乾燥気体発生システム１は、圧力調節弁１５、圧力センサ１６及びマスフローコントローラ（流量調節装置）１７で構成される。圧力調節弁１５の上流に設置される空気供給源としては、例えばコンプレッサや高圧ブロアを用いることができる。供給される空気の湿度が高い場合は、ヒータレスドライヤなどを付加することで除湿した乾燥空気を供給することができる。加熱乾燥空気として温度を調節して送出する場合と、加熱湿り空気として温湿度を調節して送出する場合では、マスフローコントローラ１７の設定流量が異なるので、加熱乾燥空気または加熱湿り空気の質量流量を基に温度、湿度、圧力値から計算で求めた流量をマスフローコントローラ１７に設定する。流量の設定は、ボリューム調整器１８による手動設定、または乾燥空気質量流量計算部１９において算出された電気信号（電圧信号、電流信号）、或いはデジタル通信信号による自動設定の何れかをスイッチ２０で切替えて選択することができる。
【００４６】
３．蒸気発生システム
蒸気発生システム２は、貯水タンク２７の中に貯められた水がヒータ（図示せず）によって加熱され、蒸気を発生させるものである。加熱量を制御するのは、加湿制御器２８である。加湿制御器２８は、温度湿度計測システム５から送信される信号を入力情報として制御されている。貯水タンク２７の容量は、小さいことが好ましい。貯水タンク２７の容量を小さくした場合、貯水タンク２７の中に貯められた水の加熱を停止した後、水が冷却される時間が早いためである。水を加熱するためのヒータとして加熱能力の高いものを選択すれば、次に加熱する際の蒸気発生の応答性も高くなる。なお、貯水タンク２７から発生する気体は基本的に水蒸気であり、従来の分流式やバブリング式とは異なり空気は殆ど混入していない。好ましくは、発生する気体の９８モル％以上、より好ましくは９９モル％以上が水蒸気である。
【００４７】
４．混合加熱システム
図２は、本発明の気体発生装置における混合加熱システム３の一部拡大断面図である。混合加熱システム３は、マスフローコントローラ１７から供給された乾燥空気を供給口から容器１１に導入し（図２中のＡ）、容器１１に内蔵された加熱器１０で加熱した後、湿り蒸気発生システム２から発生した蒸気を供給口から導入し（図２中のＢ）、乾燥空気と蒸気を混合する。混合して得られた湿り空気は、排出口から容器１１の外部に送出される（図２中のＣ）。
【００４８】
容器１１（以下「混合ボックス１１」と記載する場合がある）は、例えばステンレス製の耐圧筒状ケースの中に、加熱器１０（以下「ケーブルヒータ１０」と記載する場合がある）と温度センサ１２が装着されてなり、ケーブルヒータ１０は、空気加熱部１０ａと混合加熱部１０ｂで構成される。空気加熱部１０ａは乾燥空気供給口から導入した空気を加熱する部分である。混合加熱部１０ｂは、空気加熱部１０ａで加熱された乾燥空気と蒸気を混合して得られた湿り空気の湿度上昇させる部分である。
【００４９】
ケーブルヒータ１０の加熱温度は次のように制御する。まず、混合ボックス１１内の温度センサ１２で加熱された空気の温度を計測し、得られたデータを温度制御器２１（図１参照）、ヒータ電力制御器２２に通してケーブルヒータ１０の電力制御を行うことができる。
【００５０】
得られた湿り空気の温度は、混合ボックス１１内に設けた温度センサ１２、湿度センサ１３に併設される後述の温度センサ（図示せず）、外部入力２３における外部温度センサ（図示せず）の３つから何れかをスイッチ２４で切替えて選択することができる。
【００５１】
外部温度センサを設けるのは、気体発生装置から離れた場所で温度の計測或いは表示を行いたい場合は、気体発生装置の外部温度センサから制御或いは表示が可能であり、外部温度センサによる遠隔制御と気体発生装置の内部の温度センサ１２の切替えを可能とすることにより、温度の安定度に応じ、或いは、昇温時のオーバーシュートなどにより最適なセンサを選択できるようにするためである。離れた場所の外部温度センサの応答が遅い場合は、気体発生装置の温度センサ１２とカスケード接続することにより最適な制御を行うことが可能となる。
【００５２】
ケーブルヒータ１０の加熱部の形状は、巻き形状とすることが好ましい。詳しくは、ケーブルヒータ１０が長尺物形状の加熱部を有しており、長尺物が気体の流軸に対して非平行の成分を有するような巻き形状により、気体の流れにより撹拌作用を付与する形状のものを指す。巻き形状としては、代表的には螺旋状のものが考えられるが、巻き方向は一方方向に限られず、右回りと左回りを交互に繰り返す形状のものであってもよい。また、ケーブルヒータ１０の軸芯（気体の流軸）方向からみて円形のものに限らず矩形状のものであってもよい。以上の構成により、乾燥空気と蒸気の混合がいっそう均一なものとなる。
【００５３】
蒸気発生システム２で発生した蒸気は保温効果を高めた短管（図示せず）で混合ボックス１１に接続されている。混合ボックス１１およびこれより下流の気体配管には加熱空気の冷却と蒸気の凝縮が起きないように保温ヒータ２５および／または保温材２６で保温され、保温温度センサ（図示せず）と温度調節計（図示せず）で温度制御されている。
【００５４】
蒸気発生システム２は加湿制御器２８によって電圧値または電流値の信号で０〜最大蒸気発生量まで制御されている。したがって、蒸気発生器を停止させることによって、混合ボックス１１のケーブルヒータ１０により常温＋５℃〜１００℃の加熱乾燥空気を送出することができる。ケーブルヒータ１０と蒸気発生システム２を双方とも停止させることによって、常温の乾燥空気を０〜１００リットル／分（Ｌ／ｍｉｎ：体積Ｌは２０℃換算値）で送出することができる。
【００５５】
５．流量計測システム
流量計測システム４は、例えば熱式質量流量計である流量計１４、保温ヒータ２５、およびマイクロコンピュータ（マイコン）を有する乾燥空気質量流量計算部１９で構成することができる。流量計１４は通過する気体とは非接触に、管内の流速による熱伝導から質量流量を測定する流量計であり、基準状態に換算された質量流量で出力又は表示されるため、温度や圧力に依存しない流量の把握が可能である。
【００５６】
乾燥空気質量流量計算部１９では、質量流量計１４で計測された湿り空気流量から求められる比容積と、供給される乾燥空気の比容積から供給乾燥空気の流量を求めて、最終的にはマスフローコントローラ１７を通過する乾燥空気の流量を制御することができる。なお、上述のように、マスフローコントローラ１７の制御のためには、ボリューム調整器１８による手動設定と乾燥空気質量流量計算部１９からの電圧または電流による自動流量制御の２つから選択することが可能である。流量計１４および配管類は加熱空気の冷却と蒸気の凝縮が起きないように保温ヒータ２５および／または保温材２６で保温され、保温温度センサ（図示せず）と温度調節計（図示せず）で温度制御されている。
【００５７】
乾燥気体発生システム１から送出されるべき乾燥空気の質量流量は、湿り空気の温度や湿度等の実測値に基づき次式（４）〜（１１）を用いて算出することができる。ただし、下記［Ｋｇ（ＤＡ）］は、乾燥空気（ドライエア）の水分の質量を示す意味で用いている。
【００５８】
＜算出対象＞
乾燥空気の目標流量：Ｌｗ［Ｌ／ｍｉｎ］
＜実測値として使用する値＞
湿り空気温度：ｔｗ［℃］
湿り空気湿度：ｒｈｗ［％ＲＨ］
湿り空気圧力：ｐｗ［ｋＰａ］
乾燥空気温度：ｔａ［℃］
乾燥空気湿度：ｒｈａ［％ＲＨ］
乾燥空気圧力：ｐａ［ｋＰａ］
＜計算過程で用いる値＞
湿り空気水蒸気圧：ｅｗ［ｋＰａ］
湿り空気絶対湿度：ｄｗ［Ｋｇ／Ｋｇ（ＤＡ）］
湿り空気比容積：ｖｗ［ｍ３／Ｋｇ（ＤＡ）］
乾燥空気水蒸気圧：ｅａ［ｋＰａ］
乾燥空気絶対湿度：ｄａ［Ｋｇ／Ｋｇ（ＤＡ）］
乾燥空気比容積：ｖａ［ｍ３／Ｋｇ（ＤＡ）］
乾燥空気質量流量：Lｍ［Ｋｇ（ＤＡ）／ｍｉｎ］
乾燥空気供給流量：La  [L／ｍｉｎ]
【００５９】
【数４】
2012013377.tif 000006
ただし、（４）式においてＴ＝ｔｗ＋２７３．１５である。
【００６０】
【数５】
2012013377.tif 000007
【００６１】
【数６】
2012013377.tif 000008
【００６２】
【数７】
2012013377.tif 000009
ただし、（７）式においてＴ＝ｔａ＋２７３．１５である。
【００６３】
【数８】
2012013377.tif 000010
【００６４】
【数９】
2012013377.tif 000011
【００６５】
【数１０】
2012013377.tif 000012
【００６６】
【数１１】
2012013377.tif 000013
【００６７】
上記式（４）〜（１１）に含まれる定数は、全て±１％以下、好ましくは±０．５％以下の許容範囲を有し得る。
【００６８】
６．温度湿度計測システム
既に説明した湿度計１３の好ましい構成について詳しく説明すると、湿度は高分子静電容量型湿度センサで測定されることがより好ましく、また精密測温抵抗体を併設することによって温度も測定されることがさらに好ましい。加えて、測定された温度と湿度から計算によって露点を算出すること好ましく推奨される。
【００６９】
（１）温度情報のフィードバック
前述したように、加熱された乾燥空気もしくは湿り空気の温度は、温度制御器２１により混合ボックス１１内のケーブルヒータ１０により一定に制御される。温度制御は混合ボックス１１内の温度センサ１２により行うか、湿度計１３に併設された上記精密測温抵抗体により行うか、または、外部温度センサ（図示せず）の３者の中から、スイッチ２４による切替えを可能とすることが好ましい。
【００７０】
（２）湿度情報のフィードバック
上述のように温度湿度計測システム５において測定された湿度情報は、加湿制御器２８にフィードバックされるが、元となる湿度情報としては、湿度計１３による湿度の直接的な測定値、湿度計１３からの算出露点値、または、外部湿度センサ（図示せず）からの外部入力３０の中から、スイッチ３１、３２による選択を可能とすることが好ましい。湿度計１３による湿度の直接的な測定値を加湿制御器２８にフィードバックさせる場合には、湿度信号が湿度制御器３３を流れるようにスイッチ３２を操作し、湿度計１３からの算出露点値を加湿制御器２８にフィードバックさせる場合には、湿度信号が露点制御器３４を流れるようにスイッチ３２を操作する。もちろん、この操作は自動制御によって行うことができる。湿度制御器３３または露点制御器３４の機能により、加熱湿り空気の湿度もしくは露点が一定となるように制御することができる。
【００７１】
７．データ記録
図３は、本発明の実施の形態における気体発生装置の制御信号の流れを示す参考図である。供給される乾燥空気の圧力と質量流量、混合ボックス１１のヒータ電力制御量と加熱空気もしくは加熱湿り空気の温度、蒸気発生器の制御量、加熱乾燥空気もしくは加熱湿り空気の質量流量、温度、湿度、露点、保温温度、送出口の圧力などのデータおよび乾燥空気質量流量計算部１９で求められた絶対湿度と水分量は、データ蓄積装置（図示せず）を介してコンピュータ（図示せず）に収集し記録できる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００７３】
（１）混合ボックスの構造
図４は、本発明の実施例における容器１１の断面図である。図４においてステンレス製の耐圧筒状ケース（容器１１）に坂口電熱株式会社製の加熱器１０（商品名：ケーブルエアーヒータ、型式：ＭＣＡ−５００、駆動電圧：２００Ｖ単相、消費電力量：５００Ｗ）および蒸気供給口を２ヶ所（Ｂ１，Ｂ２）追加改造したものを用いた。容器１１には熱電対の温度センサ１２を装着した。２ヶ所の蒸気供給口Ｂ１，Ｂ２は、次のように用いられる。例えば、蒸気発生器までの道のりが長いために蒸気温度が下がってしまう場合は、加熱器１０により十分な加熱を行うために蒸気供給口Ｂ１を用いる。逆に蒸気発生器までの距離が短い場合は蒸気供給口Ｂ２を使用する。蒸気供給口Ｂ２付近の加熱器１０自体の表面温度は、加熱器１０全体の中で最も高温の箇所になり、蒸気供給口Ｂ２から進入した蒸気は蒸気化が促進され、凝縮することなく安定した蒸気を送出することができる。容器１１は保温ヒータ２５と保温材２６により温度の低下と蒸気の凝縮を防いだ。保温ヒータ２５の温度制御には、保温温度センサ（図示せず）と温度調節器（図示せず）を用いた。
【００７４】
（２）蒸気発生器の構造
蒸気発生システム２として、ピーエス工業株式会社製の電熱式蒸気加湿器（型式：ＳＵ−４８６）を用いた。この加湿器は、有効加湿量０〜４．８ｋｇ／ｈの能力を持っている。常に一定水位を保つステンレス耐圧蒸発容器（貯水タンク２７）の水中にヒータを装着し、加湿制御器２８からの蒸気発生量制御値である０〜１００％の入力値に応じて、沸騰した水の蒸気圧力を制御し、蒸気量０〜４．８ｋｇ／ｈで送出できる。送出された蒸気は低温の構造物や大気に接すると急激に凝縮して水に戻ってしまうので、保温された短管を通して加熱された容器１１に導入することで凝縮を防いだ。これにより安定した加熱湿り空気を発生させることができた。
【００７５】
（３）試験結果
図５〜１２は、本実施例における気体発生装置を用いた加湿試験の結果を示すものである。
【００７６】
（ｉ）試験１
約２時間かけて、湿り空気の相対湿度を２０％ＲＨから７０％ＲＨへ上昇させた。図５は、経過時間と湿り空気の温度、湿度、露点との関係を示すグラフである。図６は、経過時間と乾燥空気の流量、湿り空気の流量との関係を示すグラフである。
＜その他の条件＞
湿り空気流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
湿り空気温度：９０℃
【００７７】
（ii）試験２
約２時間かけて、湿り空気の流量を２０Ｌ／ｍｉｎから８０Ｌ／ｍｉｎへ上昇させた。図７は、経過時間と湿り空気の温度、湿度、露点との関係を示すグラフである。図８は、経過時間と乾燥空気の流量、湿り空気の流量との関係を示すグラフである。
＜その他の条件＞
湿り空気温度：８０℃
湿り空気相対湿度：８０％ＲＨ
【００７８】
（iii）試験３
約２時間かけて、乾燥空気の温度を２５℃から１００℃へ上昇させた。図９は、経過時間と乾燥空気の温度との関係を示すグラフである。図１０は、経過時間と乾燥空気の流量、加熱空気の流量との関係を示すグラフである。
＜その他の条件＞
乾燥空気流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
乾燥空気相対湿度：０％ＲＨ
【００７９】
試験１〜３のいずれについても、温度、湿度、流量のそれぞれを独立に変化させても他の２つの指標に大きな変動を与えることなく、安定した運転が可能であった。
【００８０】
（iv）試験４
約２時間かけて、湿り空気の相対湿度を３０％ＲＨから５％ＲＨへ下降させた。図１１は、経過時間と湿り空気の温度、湿度、露点（計算値）との関係を示すグラフである。図１２は、経過時間と湿り空気の絶対湿度、湿り空気の水分量との関係を示すグラフである。
＜その他の条件＞
乾燥空気流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
湿り空気温度：３０℃
図１１および図１２に示すように、加熱湿り空気が流量２０リットル／分（Ｌ／ｍｉｎ）、温度３０℃、湿度５％ＲＨ（露点：−１３．６℃）の条件で、水分量１．４ｇ／ｈという低湿度（低露点）の制御が可能であり、本実施例における気体発生装置の加湿量の分解能（制御能力）は非常に高いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の気体発生装置は、熱交換機の性能評価装置、材料吸湿特性、材料耐熱特性、燃料電池評価装置などへの用途がある。その他、二温度法の応用として、温調された空間や容器に同じ温度の加熱湿り空気を供給し、湿度を空間内に設置した湿度センサで計測し、本発明の気体発生装置で湿度制御することにより、湿度供給機能を持たない空間など、供給先の湿度を一定に調湿できる湿度制御し供給する装置として簡便に応用できる。該装置は加熱湿り空気もしくは加熱乾燥空気を保温したフレキシブルなチューブから送出することにより、異径レデューサなどでチューブ径を合わせることで各種機器類に容易に導入することができる。
【００８２】
一般的に用いられる超音波式の湿度発生装置は潜熱により温度が奪われるので加湿量により温度が変ってしまうが、本発明の気体発生装置からは温度一定のまま湿度を供給できる利点がある。また本発明の気体発生装置では、加熱湿り空気が室温を変化させないので、空調設備などの省エネルギー化に大いに貢献する。
【符号の説明】
【００８３】
１   乾燥気体発生システム
２   蒸気発生システム
３   混合加熱システム
４   流量計測システム
５   温度湿度計測システム
１０  加熱器
１０ａ  空気加熱部
１０ｂ  混合加熱部
１１  容器
１２  温度計（温度センサ）
１３  湿度計（湿度センサ）
１４  流量計
１５  圧力調節弁
１６  圧力センサ
１７  マスフローコントローラ
１８  ボリューム調整器
１９  乾燥空気質量流量計算部
２０  スイッチ
２１  温度制御器
２２  ヒータ電力制御器
２３  外部入力
２４  スイッチ
２５  保温ヒータ
２６  保温材
２７  貯水タンク
２８  加湿制御器
３０  外部入力
３１  スイッチ
３２  スイッチ
３３  湿度制御器
３４  露点制御器
【図１】
2012013377.tif 000014
【図２】
2012013377.tif 000015
【図３】
2012013377.tif 000016
【図４】
2012013377.tif 000017
【図５】
2012013377.tif 000018
【図６】
2012013377.tif 000019
【図７】
2012013377.tif 000020
【図８】
2012013377.tif 000021
【図９】
2012013377.tif 000022
【図１０】
2012013377.tif 000023
【図１１】
2012013377.tif 000024
【図１２】
2012013377.tif 000025
【図１３】
2012013377.tif 000026
【図１４】
2012013377.tif 000027
【図１５】
2012013377.tif 000028
【図１６】
2012013377.tif 000029