(57)【要約】【課題】調湿空間内の雰囲気温度及び湿度ムラに影響を受けることなく、調湿空間内の湿度を迅速かつ正確に調湿することができる調湿装置及び調質方法を提供する。【解決手段】所定の調湿空間Ｓ内に加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入し、前記調湿空間Ｓ内に配置した湿度センサ４５により前記調湿空間Ｓの湿度を検知しながら前記調湿空間Ｓの湿度を目標湿度に調湿する調湿装置１において、前記湿度センサ４５を前記調湿空間Ｓのガス供給ポート４１から導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが直接当たる位置で、かつ前記ガス供給ポート４１から導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが前記調湿空間Ｓ内のガスと混合され、目標湿度範囲内の雰囲気湿度が作り出される位置に配置したことを特徴とする調湿装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の調湿空間内に加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入し、前記調湿空間内に配置した湿度センサにより前記調湿空間の湿度を検知しながら前記調湿空間の湿度を目標湿度に調湿する調湿装置において、
前記湿度センサを前記調湿空間のガス供給ポートから導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが直接当たる位置で、かつ前記ガス供給ポートから導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが前記調湿空間内のガスと混合され、目標湿度範囲内の雰囲気湿度が作り出される位置に配置したことを特徴とする調湿装置。
【請求項２】
前記目標湿度範囲は、目標湿度（％）±３（％）の湿度範囲である請求項１に記載の調湿装置。
【請求項３】
所定の調湿空間内に加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入する際、導入した加湿ガス又は除湿ガスが直接当たる位置に湿度センサを配置し、前記湿度センサが、目標湿度を検知するように前記加湿ガス又は前記除湿ガスを切換えて前記調湿空間内に導入して前記調湿空間内に拡散させることにより、前記調湿空間の雰囲気湿度を目標湿度範囲内に制御する調湿方法。
【請求項４】
前記目標湿度範囲は、目標湿度（％）±３（％）の湿度範囲である請求項３に記載の調湿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小流量の調湿ガスを調湿空間に供給し、該空間内を迅速、正確かつ安定的に調湿することができる調湿システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、中空糸膜を介してガスに所定量の水分を加えて加湿ガスを得るようにした調湿装置が知られており、産業分野においても、熱処理雰囲気ガス、医療用酸素及び半導体製造工程の一部ガスに加湿を必要とする場合には、従来のバブラー式に代わり中空糸膜モジュールを使用した膜式加湿装置が使用され始めている。
【０００３】
また、近年では、例えば、電子部品や精密機器の製造、測定、試験などの工業分野や、食物の保管などの食品分野、或は、ｉＰＳ細胞の培養用インキュベーターなどの生物分野などの様々な分野において、小流量の精度よく調湿された調湿ガスの供給が要望されることも多くなってきている。このような小流量の調湿ガスの供給を必要としている分野では、多くの異なった調湿環境を同時に用意する必要もあるため、一定湿度の調湿ガスを多量に発生する産業用の大きな装置ではなく、安価でコンパクトな装置を多数設置したいとの要望がある。
【０００４】
これらの小流量の調湿ガスの供給が必要な分野で産業用の大流量の調湿装置を用いた場合には、必要以上の流量の調湿ガスが供給されることで対象物に悪影響を与えるおそれがあり、例えば、インキュベーターにこの様な調湿装置を使用した場合には、大流量の調湿ガスの供給により細胞が吹き飛ばされることも考えられる。さらに、インキュベーターなどの生物分野や医療分野では雑菌による汚染を防止するため、クリーンな調湿ガスの供給が必要となる。
【０００５】
このような背景から、高精度に調湿されたクリーンな調湿ガスを小流量で供給することができるコンパクトで安価な調湿装置が望まれており、例えば、特許文献１及び特許文献2の調湿装置が提案されている。
【０００６】
特許文献１の調湿装置は、ペルチェ素子と、高分子吸収体層と、湿度センサと、コントローラとから構成されており、ペルチェ素子の上下に絶縁基板を貼付し、ペルチュ素子に通電する電流の向きを変更することにより、ペルチェ素子の下側絶縁基板と上側絶縁基板とを吸熱面と放熱面とに切り替え可能としている。また、高分子吸収体層は、冷却された時に空気中の水分を吸収し、加熱された時に吸収した水分を空気中に発散する材料で構成されて上側絶縁基板に取り付けられており、高分子吸収体層と湿度センサを調湿空間内に設置して、湿度センサの検出値に応じてコントローラがペルチュ素子に対する通電状況を制御し、調湿空間内を予め設定した湿度に維持するようにしている。
【０００７】
また、特許文献２の調湿装置は、送風装置と、中空糸分離膜モジュールと、コントローラと、湿度センサとから構成され、装置の外部から送風装置により取り入れた空気中の水蒸気を中空糸分離膜モジュールにより分離し、水分が除去された乾燥空気を調湿空間に供給するように構成されている。湿度センサは調湿空間内に設置され、コントローラを介して送風装置と連結されており、調湿空間内の湿度をセンサで測定した測定値により送風装置の運転を制御し、調湿空間内を予め設定した湿度に維持するようにしている。
【０００８】
特許文献１及び特許文献2の調湿装置では、湿度センサを調湿空間内に設置して調湿空間の湿度を直接測定して調湿空間内の湿度を制御しているので、調湿空間外で所定の湿度に調整した調湿ガスを調湿空間に供給する方式の調湿装置の様に、調湿空間の内外で雰囲気温度に差があった場合には、調湿空間内で調湿ガスの相対湿度が変化するため、調湿空間内の湿度を正確に制御することができない場合があるという問題がない。
【０００９】
その一方で、特許文献１の調湿装置はペルチェ素子を使用しているため、ペルチェ素子を冷却するための手段が必要となり、装置が複雑するとともに価格が高くなる。また、ペルチェ素子により高分子吸収体層を加熱又は冷却して調湿空間内を調湿する構成であるため、調湿空間内の湿度制御の応答性が悪く、かつ調湿可能な湿度範囲が狭い。
【００１０】
また、特許文献２の調湿装置では、調湿空間外から取り入れた空気に含まれる水蒸気を中空糸分離膜モジュールにより分離して乾燥空気を生じさせ、その乾燥空気を調湿空間に供給して調湿する構成であるため、調湿可能な湿度範囲が狭いだけでなく、外気の湿度以上に調湿空間内を加湿することができない。
【００１１】
本発明者等は、上記の問題を解決することができ、小型かつ簡単に構成されて安価であり、安定した高い加湿能力を有するとともに、高精度に調湿されたクリーンな調湿ガスを効率良く供給することができる調湿装置を提案している（特許文献３参照）。
【００１２】
以下に特許文献３の調湿装置を簡単に説明する。この調湿装置１は、図１に示す様に、装置本体２、内部に調湿空間Ｓを有する容器３及び圧縮供給源４から成る。
装置本体２は、後述する加湿ユニット１０を有する加湿ライン５、除湿用の除湿ライン６、切換弁機構７を有している。切換弁機構７は、例えば、電磁弁からなり、圧縮供給源４から圧縮ガスを加湿ユニット１０の一次側に供給する一次側経路８の途中に設けられている。一次側経路８は、切換弁機構７を介して加湿ライン５と除湿ライン６とに分岐される。
【００１３】
加湿ユニット１０は、加湿モジュール１１とタンク１２とを有し、圧縮供給源４から供給されて加湿ライン５を流れる圧縮ガス（圧縮空気）を加湿モジュール１１で加湿可能になっている。加湿ユニット１０の一次側には流量調節弁１３が設けられ、この流量調節弁１３を介して流量調節された圧縮ガスが加湿モジュール１１に供給される。この流量調節弁１３により、加湿モジュール１１内への過度な圧力の印加が防止され、加圧による露点上昇の結露を発生せずに、十分な加湿能力を得ることができる。
【００１４】
加湿モジュール１１は、例えば、疎水性多孔質膜又は水蒸気透過性無孔膜等からなる中空糸膜１５からなる中空糸膜束１６と、この中空糸膜束１６収納用のケース１７とを有している。中空糸膜１５は、水蒸気に対して透過性を有し、水Ｗに対して阻止性を有する疎水性多孔質膜で形成され、一例として、中空糸膜１５の内径は約φ０．４ｍｍ、外径は約φ０．５ｍｍ、孔径は０．２μｍ以下であり、仮に水Ｗ中に細菌類が繁殖しても透過を確実に防ぐことができる。
【００１５】
ケース１７には、タンク１２内に貯留される純水からなる水Ｗが供給される供給経路１８の入口１９と、エア抜き経路２０を介してエア抜き弁２１が設けられ、ケース１７に両端部をポッティング部２２によりポッティングした前記中空糸膜束１６が密封されている。加湿モジュール１１の一次側には圧縮供給源４から供給される圧縮ガスを供給するための一次側経路２５が設けられるとともに、この一次側経路２５より分岐された分岐経路２６を介して水Ｗを密封したタンク１２に所定圧で連通されている。
【００１６】
加湿モジュール１１には、一次側経路２５を介して中空糸膜１５内側に圧縮ガスが供給され、この中空糸膜１５の外側（外周）に水Ｗの供給経路１８を介してタンク１２より水Ｗが供給されて圧縮ガスを加湿する構造になっている。 また、分岐流路２６は、前述の流量調節弁１３の二次側に設けられているため、適切な圧力の圧縮ガスがタンク１２内の水Ｗに付加される。これにより、中空糸膜１５の外側に過度な水圧が加わらず、中空糸膜１５が破裂したり、水Ｗが中空糸膜１５の疎水性の細孔を通過して中空糸膜１５内に水のまま浸入したりすることなく、適切な加湿を行うことができる。
【００１７】
タンク１２内の水Ｗはその高さにより位置エネルギを有しており、加湿モジュール１１の一次側の圧縮ガスの圧力と水の自重による水圧Ｐ１が加わっている。便宜上、図１において水圧Ｐ１がタンク１２内に図示されているが、実際のＰ１は、加湿モジュール１１内の中空糸膜外側における水圧を示す。この調湿装置１では、圧縮ガスの所定圧が付加された水圧Ｐ１＞中空糸膜内圧Ｐ２との関係において、中空糸膜１５内の圧縮ガスを加湿することにより加湿モジュール１１の二次側より加湿ガスを発生するようになっている。
【００１８】
この場合、上記においては、一次側経路２５からポッティング部２２を介して中空糸膜１５内側に圧縮ガス、供給経路１８から中空糸膜１５の外側に水Ｗを供給することで、二次側に加湿ガスを発生させているが、中空糸膜１５の外側から圧縮ガス、中空糸膜１５の内側に水を供給して加湿ガスを発生させるようにすることもできる。
【００１９】
なお、図１に示す調湿装置１では、一次側経路２５より分岐された分岐経路２６を介して水Ｗに圧縮ガスによる圧力を付加しているが、タンク１２と加湿モジュール１１との高低差が十分にあり、水Ｗの位置エネルギによる水圧Ｐ１が十分な値である場合には、分岐経路２６を設け圧縮ガスによる水タンク１２内を加圧しなくてもよい。
【００２０】
除湿ライン６の途中には、膜式ドライヤ３１と、この膜式ドライヤ３１の二次側に流量調節弁３２が設けられている。膜式ドライヤ３１は、水蒸気透過性無孔膜からなる中空糸膜３３からなる中空糸膜束３４、この中空糸膜束３４収納用のケース３５を有し、ケース３５内に両端部をポッティング部３６によりポッティングした中空糸膜束３４が密封されている。二次側の流量調節弁３２により、膜式ドライヤ３１の中空糸膜３３の内側に加圧下で圧縮ガスが供給されると水蒸気のみが中空糸膜３３の外側に排出されて除湿ガスが発生し、この除湿ガスの一部を中空糸膜３３の外側にパージして連続除湿を行いながら除湿ガスを供給可能になっている。
【００２１】
図１に示す様に、加湿ライン５と除湿ライン６とは合流経路３７で合流し、合流経路３７の二次側には調湿ガス配管３８が設けられ、この調湿ガス配管３８を介して、調湿空間Ｓ内に適宜に加湿ガス又は除湿ガスを導入して調湿する。
【００２２】
その際、加湿ライン５と除湿ライン６の合流経路３７の手前の加湿ライン５と除湿ライン６には、逆止弁３９、３９がそれぞれ設けられ、これらの逆止弁３９、３９を介して合流経路３７が調湿空間Ｓに連通されている。これらの逆止弁３９により、調湿空間Ｓからの加湿ライン５、除湿ライン６への調湿ガスの逆流が防止され、適宜必要なときに一方のラインにおける逆止弁３９の一次側から直ちに十分な性能を有する加湿ガス又は除湿ガスを供給可能となる。
【００２３】
調湿空間Ｓが内部に設けられた容器３は、例えば、デシケータやグローブボックス等の容器からなり、この容器３にはガス供給ポート４１、センサ用ポート４２、排気ポート４３が設けられている。ガス供給ポート４１には加湿ガス及び除湿ガスを供給するための調湿ガス配管３８が接続され、ガス供給ポート４１を介して加湿ガス及び除湿ガスが調湿空間Ｓ内に供給される。センサ用ポート４２にはケーブル４４が挿通され、このケーブル４４に接続された湿度センサ４５が容器３内の調湿空間Ｓに設けられる。又、排気ポート４３は、加湿ガス及び除湿ガスの供給により、容器３内に圧力がかからないように設けられている。
【００２４】
湿度センサ４５は、調湿空間Ｓ内の湿度を検知して湿度制御機構４６に伝達し、湿度制御機構４６は、湿度センサ４５の検知結果によって切換弁機構７の切換を制御することにより、調湿空間Ｓ内を調湿している。すなわち、調湿空間Ｓ内が加湿過多の場合には切換弁機構７により圧縮供給源４から供給される圧縮ガスの供給先を除湿ライン６に切換えて調湿空間Ｓに除湿ガスを供給するようにし、調湿空間Ｓ内が除湿過多の場合には切換弁機構７により圧縮供給源４から供給される圧縮ガスの供給先を加湿ライン５に切換えて調湿空間Ｓに加湿ガスを供給するようにしている。また、調湿空間Ｓ内の湿度が所定の目標湿度範囲内に達した場合には、切換弁機構７の作動を停止させ、目標湿度範囲内を逸脱した場合には作動を再開させる。
【００２５】
以上の様に、調湿装置１は、圧縮供給源４から供給される圧縮ガスの供給先を切換弁機構７により加湿ライン５又は除湿ライン６に切換え、中空糸膜モジュールで加湿した加湿ガス又は除湿した除湿ガスを調湿空間Ｓに直接供給して調湿空間Ｓ内を調湿する構成であるため、小型かつ簡単に装置を構成することができるだけでなく、調湿空間Ｓ内の湿度制御の応答性が極めて良好である。
また、調湿空間Ｓ内の湿度を湿度センサ４５で直接検知して装置の運転を制御して調湿しているので、加湿ガスと除湿ガスを混合して所定の湿度の調湿ガスを生成してから調湿空間に供給する方式の調湿装置の様に、調湿空間内の雰囲気温度の違いにより調湿空間内で調湿ガスの相対湿度が変化することもなく、調湿空間Ｓ内を高精度で調湿することができる。
これに加え、圧縮供給源４から供給される圧縮ガスを加湿モジュール１１によりタンク１２内に貯留された水Ｗにより高湿度に加湿することができるため、調湿空間Ｓ内の湿度制御可能範囲が広く、加湿モジュール１１に使用する中空糸膜１５の孔径を適切に選定することにより、仮に水Ｗ中に細菌類が繁殖しても透過を確実に防ぐことができるのでクリーンな調湿ガスを調湿空間Ｓに供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開２００８−２６１５２８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７４６０８号公報
【特許文献３】特開２０１４−１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
特許文献３の調湿装置は前述した優れた特徴を備えたものであるが、その性能を十分に発揮させるため、さらに改善すべき余地があった。本調湿装置では、調湿空間Ｓ内の湿度をその空間内に設けた湿度センサで検知し、その結果により調湿空間Ｓに供給するガスを加湿ガス又は除湿ガスのどちらかに切換えることによって調湿空間Ｓ内の調湿を行っているため、高精度の湿度制御を行うためには、湿度センサが調湿空間Ｓ内の湿度を正しく検知する必要がある。
【００２８】
即ち、本調湿装置では、調湿空間Ｓ内に供給した加湿ガス又は除湿ガスのどちらか一方からなる調湿ガスを調湿空間Ｓ内の雰囲気に混合させることにより、調湿空間Ｓ内を調湿しているが、調湿空間Ｓ内に供給された調湿ガスは調湿空間Ｓ内の雰囲気と瞬時に混合するわけではなく、供給された調湿ガスが拡散して調湿空間Ｓ内の湿度が安定するまでには暫く時間がかかり、その間は調湿空間Ｓ内に湿度のムラが生じることになる。従って、湿度センサを調湿空間Ｓ内の湿度ムラが生じ易い位置に設置すると、最終的には調湿空間Ｓ内の湿度が目標湿度に落ち着くとしても、それまでの間に加湿ガス又は除湿ガスを過剰に調湿空間Ｓ内に供給することにより、空間内の湿度が目標湿度に落ち着くまでの間に変動して調湿に時間を要するため、湿度制御の質が低下することになる。
【００２９】
本発明は、上記の課題点を解決するために開発に至ったものであり、その目的とするところは、調湿空間内の雰囲気温度及び湿度ムラに影響を受けることなく、調湿空間内の湿度を迅速かつ正確に調湿することができる調湿装置及び調湿方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、所定の調湿空間内に加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入し、前記調湿空間内に配置した湿度センサにより前記調湿空間の湿度を検知しながら前記調湿空間の湿度を目標湿度に調湿する調湿装置において、前記湿度センサを前記調湿空間のガス供給ポートから導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが直接当たる位置で、かつ前記ガス供給ポートから導入された前記加湿ガス又は前記除湿ガスが前記調湿空間内のガスと混合され、目標湿度範囲内の雰囲気湿度が作り出される位置に配置したことを特徴とする調湿装置である。
【００３１】
請求項２に係る発明は、前記目標湿度範囲は、目標湿度（％）±３（％）の湿度範囲である調湿装置である。
【００３２】
請求項３に係る発明は、所定の調湿空間内に加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入する際、導入した加湿ガス又は除湿ガスが直接当たる位置に湿度センサを配置し、前記湿度センサが、目標湿度を検知するように前記加湿ガス又は前記除湿ガスを切換えて前記調湿空間内に導入して前記調湿空間内に拡散させることにより、前記調湿空間の雰囲気湿度を目標湿度範囲内に制御する調湿方法である。
【００３３】
請求項４に係る発明は、前記目標湿度範囲は、目標湿度（％）±３（％）の湿度範囲である調湿方法である。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１に係る発明によると、ガス供給ポートから調湿空間内に導入した加湿ガス又は除湿ガスと調湿空間内に存在しているガスとが混合して目標湿度範囲内の雰囲気湿度が作り出される位置に湿度センサを配置するため、加湿ガス又は除湿ガスによって作り出された調湿ガスの湿度が目標湿度範囲内にあることを早く正確に把握することができる。このため、湿度センサが調湿空間内の湿度を不正確に検知することにより生じる加湿ガス又は除湿ガスの調湿空間への過剰導入を防止し、調湿空間内の雰囲気湿度を迅速に目標湿度範囲内に調湿することができる。
【００３５】
請求項２に係る発明によると、目標湿度（％）±３（％）以内に調湿された位置に湿度センサを配置し、その検知結果により調湿空間内を調湿するので、調湿空間内の雰囲気湿度を目標湿度（％）±３（％）以内の湿度に高精度に調湿することができる。
【００３６】
請求項３に係る発明によると、調湿空間内に導入した調湿ガスが直接当たる位置に湿度センサを配置するとともに、調湿ガスとして、調湿空間内を加湿する必要がある場合には加湿ガスを、除湿する必要がある場合には除湿ガスを湿度センサが目標湿度を検知するまで導入し、その後、湿度センサの検知が目標湿度から変動した場合には、湿度センサの検知が目標湿度に復する様に調湿ガスを切換えて導入することを繰り返すので、調湿空間の雰囲気湿度を目標湿度範囲内に向けて迅速に調湿することができるとともに、目標湿度範囲内に維持することができる。
【００３７】
請求項４に係る発明によると、目標湿度範囲を目標湿度（％）±３％の湿度範囲（％）
に設定するので、調湿空間内の湿度を高精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の調湿装置の構成を説明する模式図である。
【図２】従来の調湿装置の調湿空間における調湿状況を説明する模式図である。
【図３】本発明における調湿空間内の湿度センサの配置を説明する模式図である。
【図４】実施例と比較例により、本発明における調湿装置の調湿効果を確認する試験装置の模式図である。
【図５】（ａ）湿度センサをガス供給ポート６５ｍｍ位置に設置した場合（実施例）の湿度計の設置位置を説明する模式図である。（ｂ）湿度センサを容器の天井中央部に設置した場合（比較例）の湿度計の設置位置を説明する模式図である。
【図６】実施例によって容量２６Ｌの調湿空間を調湿した場合に、調湿空間内各部の湿度を計測したグラフである。
【図７】比較例によって容量２６Ｌの調湿空間を調湿した場合に、調湿空間内各部の湿度を計測したグラフである。
【図８】実施例によって容量１６１Ｌの調湿空間を調湿した場合に、調湿空間内各部の湿度を計測したグラフである。
【図９】比較例によって容量１６１Ｌの調湿空間を調湿した場合に、調湿空間内各部の湿度を計測したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明における調湿装置を説明するが、先ず、本発明をするに至った本発明者等の知見について説明する。
図２は、図１の調湿装置１の調湿装置本体２の正面パネルと、調湿容器３の内部の模式図を示したものである。この調湿装置１は、圧縮供給源４から供給される圧縮ガス（圧縮空気）の供給先を切換弁機構７により加湿ライン５又は除湿ライン６に切り替えて加湿ガス又は除湿ガスを発生させ、発生させた加湿ガス又は除湿ガスのどちらか一方を、調湿ガス配管３８を介して調湿容器３内の調湿空間Ｓに導入して調湿する。このため、調湿容器３内の調湿空間Ｓには加湿ガス又は除湿ガスのどちらか一方が調湿ガス５０として供給される。
【００４０】
本発明者等は、調湿空間Ｓ内に供給される調湿ガス５０がどのような過程を経て調湿空間Ｓ内に存在するガスＧと混合され、調湿空間Ｓ内が調湿されるかについて実験、検討を行い、以下の知見を得るに至った。
【００４１】
この調湿装置は小流量用であり、調湿ガスの供給量は少量であるが、調湿ガス５０は、調湿ガス供給配管３８、ガス供給ポート４１を介して調湿空間Ｓ内に軽く噴き出す状態で供給される。軽く噴き出す状態で調湿空間Ｓ内に供給された調湿ガス５０は、調湿空間Ｓ内のガスＧと瞬時に混合することはなく、周囲の雰囲気ガスＧと混合しながら調湿空間Ｓ内を噴出された方向に前進し、調湿空間Ｓ内をある距離Ｌだけ進行した位置で目標湿度範囲内の雰囲気湿度を有するガス（以下、「混合ガス５１」という。）となり、この混合ガス５１が存在する空間（以下、「調湿エリア５２」という。）を形成する。  そして、この調湿エリア５２の周囲には、図２に等湿度線Ｃで模式的に示す様な状態で、湿度勾配が形成される。
【００４２】
連続して供給される調湿ガス５０は、この調湿エリア５２において連続的に目標湿度範囲内の混合ガス５１となるが、 調湿空間Ｓが内部に設けられた容器３には排気ポート４３が設けられているため、調湿ガス５０の供給に伴って調湿空間Ｓ内のガスＧは、常に供給量と等しい量が排気ポート４３から容器３の外部に排出されることになる。このため、調湿エリア５２内の混合ガス５１は、図２に矢印５３で模式的に示すように、調湿エリア５２から追い出されるように周囲に拡散し、最終的には調湿空間Ｓの内部全体の湿度が目標湿度範囲内に調湿される。
【００４３】
従って、図２に示す様に調湿エリア５２から離れた位置に湿度センサ４５を配置すると、湿度センサ４５の位置にまで調湿エリア５２から混合ガス５１が拡散し、湿度センサ４５が目標湿度を検知するまでにはある程度の時間を要することになる。湿度センサ４５がその周囲の雰囲気湿度が目標湿度に達したことを検知するまでは、調湿空間Ｓ内に加湿ガス又は除湿ガスのどちらか一方である調湿ガスが供給され続けるため、湿度センサ４５がその周囲の湿度が目標湿度に達したことを検知し、湿度制御機構４６が調湿ガスの供給を停止するか、或いは、それまでに供給されていた調湿ガスと異なる種類の調湿ガスの供給に切換える時点では、調湿空間Ｓ内のほとんどの部分の雰囲気湿度は目標湿度から大きく加湿側若しくは除湿側に逸脱することになる。
【００４４】
その後、調湿ガスの供給が停止された状態が継続するか、或いは、それまでに供給されていた調湿ガスとは異なる種類の調湿ガスが供給されると、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度はそれまでとは反対の方向に変化していくが、その変化の影響が湿度センサ４５の周囲に及び、調湿ガスの供給を再開するか、調湿ガスの種類を切換える頃には、調湿空間Ｓ内のほとんどの部分の湿度は、それまでの逆方向に目標湿度から大きく逸脱することになる。
【００４５】
このため、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度は目標湿度を中心に加湿側と除湿側に変動し、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度を目標湿度に収束するように制御することが困難になる。
【００４６】
以上の知見に基づき、本発明者等は、混合ガス５１が作り出されて調湿空間Ｓ内で最も早く目標湿度範囲内に調湿されるとともに、混合ガス５１が周囲の雰囲気ガスＧに拡散する基点でもある調湿エリア５２に湿度センサ４５を設置すれば、湿度センサ４５が検知する湿度は調湿空間Ｓ内に発生する湿度ムラの影響を受けることがないので、この調湿エリア５２の位置は湿度センサの設置位置として最も適した場所であるとの結論を得た。
【００４７】
調湿エリア５２の位置は、調湿装置の調湿能力、調湿空間Ｓの大きさ及び形状の影響を受けるので、調湿装置毎に実際に計測して求める必要がある。前述した様に、調湿空間Ｓ内に供給された調湿ガス５０は、周囲の雰囲気ガスＧと混合しながら調湿空間Ｓ内を噴出された方向に前進するので、調湿エリア５２は、調湿ガス５０が直接当たり、かつ調湿ガス５０が調湿空間Ｓ内に存在する雰囲気ガスＧと混合して混合ガス５１となる位置に形成される。従って、調湿エリア５２の位置は、調湿装置を作動させた状態で、供給ポート４１の軸線延長上の湿度を実測することによって求めることができる。  
【００４８】
図３においては、本発明の調湿装置の一実施形態の模式図を示している。なお、本発明の調湿装置と図２の調湿装置と共通する部分については、同一の符号を使用し、説明を省略する。
本発明の調湿装置と図２の調湿装置との違いは湿度センサ４５の設置位置のみであり、その他の機構は全く同一である。本発明の調湿装置１では、上述したように、装置本体２から容器３の調湿空間Ｓに供給される調湿ガス５０は、供給配管３８、供給ポート４１を介して調湿空間Ｓ内に軽く噴き出す状態で供給され、周囲の雰囲気ガスＧと混合しながら調湿空間Ｓ内を噴出方向に前進し、供給ポート４１から調湿空間Ｓ内を距離Ｌだけ進んだ位置で目標湿度範囲内の雰囲気湿度を有する混合ガス５１となり、調湿エリア５２を形成するとの知見に基づき、供給ポート４１からＬだけ調湿空間Ｓの中心に向けて進んだ位置に湿度センサ４５を設置するようにしている。
【００４９】
なお、調湿空間Ｓに供給される調湿ガス５０が周囲の雰囲気ガスＧと混合して目標湿度となる位置に調湿エリアを設定しようとすると、その範囲が狭すぎて現実的ではなく、また一般的に調湿装置では±３％程度の調湿誤差を許容していることから、本発明においては、目標湿度（％）±３（％）の湿度範囲について目標湿度範囲という概念を導入し、この目標湿度範囲内の湿度を有する混合ガス５１が作り出され、内存在する範囲を調湿エリア５２としている。
【００５０】
本実施例では、調湿装置の調湿ガス供給能力が、加湿ガスでは５Ｌ／ｍｉｎ、除湿ガスでは１０Ｌ／ｍｉｎであり、調湿エリア５２が形成される位置は、供給ポート４１から調湿空間Ｓの中心方向に向かい６５ｍｍの位置であった。
【００５１】
調湿空間Ｓ内に対象物５４を収納して調湿を行う場合には、供給ポート４１から調湿空間Ｓ内に軽く噴き出す状態で供給される調湿ガス５０の流れが対象物５４の影響を受け、調湿エリア５２の形成位置及びその立体的な形状が変形する。このため、調湿エリア５２の形成位置を求めた後、この形成位置及びその立体的な形状を変化させないためには、調湿エリア５２と対象物５４との間に距離Ｄを設ける必要がある。本実施例の場合、この距離Ｄとして少なくとも１５ｍｍを確保する必要がある。
【００５２】
本発明の調湿装置では、調湿空間Ｓ内に導入された調湿ガス５０（加湿ガス又は除湿ガス）が目標湿度範囲内の混合ガス５１となり、調湿エリア５２が作り出される位置に湿度センサ４５を配置することにより、調湿ガス５０によって作り出される混合ガス５１が目標湿度範囲内であることを早く正確に把握することができる。そして、この調湿エリア５２内の混合ガス５１を調湿空間Ｓ内に押出す様に拡散させることによって調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度を目標湿度範囲内となるように調湿しているので、湿度センサ４５が調湿空間Ｓ内の湿度ムラの影響を受けることがない。
【００５３】
特に、調湿空間Ｓの大きさや形状、調湿空間Ｓ内に配置される対象物５４の大きさや形状によっては調湿空間Ｓ内に湿度ムラが生じ易くなるが、本発明では、それらの要因に影響されない位置に湿度センサ４５を配置しているので、各種要因をそれほど考慮しなくても調湿空間Ｓ全体の正確な調湿が可能となる。
【００５４】
次いで、本発明の調湿方法について説明する。本発明の調湿方法は、調湿空間内に調湿ガスとして加湿ガス又は除湿ガスの何れか一方を切換えながら導入し、導入した加湿ガス又は除湿ガスが直接当たる位置に湿度センサを配置してこの湿度センサが、目標湿度を検知するように加湿ガス又は除湿ガスを切換えて調湿空間内に導入して調湿空間内に拡散させることにより、調湿空間の雰囲気湿度を目標湿度範囲内に制御する調湿方法である。
【００５５】
調湿開始の時点において、調湿空間Ｓ内の湿度が目標湿度から逸脱していると、加湿する必要がある場合には加湿ガスが、除湿する必要がある場合には除湿ガスが、調湿ガス５０として調湿空間Ｓ内に供給される。この時、調湿ガス５０は調湿空間Ｓ内に軽く噴き出す状態で供給され、周囲の雰囲気ガスＧと混合しながら調湿空間Ｓ内を噴出方向へ前進し、調湿空間Ｓ内を距離Ｌだけ進んだ位置で、目標湿度範囲内の湿度を有する混合ガス５１となり、混合ガス５１が存在する調湿エリア５２を形成する。
【００５６】
湿度センサ４５がこの調湿エリア５２の中心に設置され、混合ガス５１の湿度が目標湿度になったことを検知すると、切換弁機構を操作して調湿空間Ｓに供給する調湿ガス５０を切換えるよう制御を行っているので、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度が目標湿度から逸脱している場合には、調湿空間Ｓ内に加湿ガス又は除湿ガスのどちらか一方を調湿ガス５０として供給し、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度を迅速に目標湿度範囲内に向けて調湿することができる。また、湿度センサ４５を調湿空間Ｓ内で最も早く目標湿度範囲内となる調湿エリア５２の中心に設置したことにより、混合ガス５１の湿度が目標湿度範囲内にあることを早く正確に把握することができる。
【００５７】
調湿ガス５０の供給が継続されると、調湿エリア５２の湿度は目標湿度範囲内の中心である目標湿度へと向かって変化する。湿度センサ４５が目標湿度に達したことを検知すると、直ちに切換弁機構を操作して調湿空間Ｓ内に供給される調湿ガス５０の切換えが行われるが、切換が行われた後であっても、調湿ガス配管３８内に残留している切換前の加湿ガス又は除湿ガスが、極短時間ではあるが調湿ガス５０として供給され続けるので、湿度センサ４５が検知する湿度は、調湿ガスを切換える前の湿度変化方向に目標湿度を過ぎて引き続き変化することになる。
【００５８】
調湿ガス配管３８内に残留していた切換前の調湿ガスが全て調湿空間Ｓ内に供給されると、切換え後の調湿ガスの供給が開始されるので、湿度センサ４５周囲の湿度は目標湿度に回帰する方向に変化する。その後、再び湿度センサ４５が目標湿度を検知すると、切換弁機構を操作して調湿空間Ｓに供給される調湿ガス５０を切換える。
【００５９】
このように、湿度センサ４５が目標湿度を検知すると、調湿空間Ｓ内に供給する調湿ガス５０を直ちに切換えるように制御しているので、調湿エリア５２内の湿度は目標湿度範囲内から逸脱することがない。
【００６０】
また、調湿ガス５０は連続的に調湿空間Ｓ内に供給されるが、調湿空間Ｓを内部に設けた容器３には排気ポート４３が設けられているため、調湿ガス５０の供給量と等しい量の雰囲気ガスＧが排気ポート４３から調湿空間Ｓ外に連続的に排出されるので、調湿エリア５２で連続的に作り出された混合ガス５１は、調湿エリア５２から追い出されるように調湿空間Ｓ内に拡散して内部を調湿する。このため、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度が目標湿度範囲内を逸脱することがなく、調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度を確実かつ速やかに目標湿度範囲内に調湿することができるとともに、目標湿度範囲内に安定して維持することができる。
【００６１】
以上は、湿度センサ４５が目標湿度を検知した後、直ちに調湿空間Ｓ内に供給される調湿ガス５０を切換えるようにした調湿方法について説明したが、湿度センサ４５が目標湿度を検知後、直ちに調湿空間Ｓ内に供給される調湿ガス５０の供給を停止するようにした調湿方法であっても略同様の効果を得ることができる。
【００６２】
この調湿方法の場合には、調湿エリア５２の混合ガス５１が自然に周囲に拡散することによって調湿空間Ｓ内の雰囲気ガスＧが調湿される。調湿エリア５２内の混合ガス５１が調湿空間Ｓ内に自然に拡散した結果、湿度センサ４５が検知する湿度が目標湿度から外れると、湿度センサ４５が検知する湿度が目標湿度に回帰する様に加湿ガス又は除湿ガスを調湿ガスとして導入し、湿度センサ４５が目標湿度に回帰したことを検知すると、調湿ガスの供給を停止する動作を繰り返し実施する。このため、この調湿方法による場合には、前述した調湿空間Ｓに連続的に調湿ガス５０を供給して調湿エリア５２部分の混合ガス５１を調湿空間Ｓ内に押出す様に拡散させる方法に比べると、調湿エリア５２部分の混合ガス５１を自然に拡散させるために時間を要するので、調湿を開始してから調湿空間Ｓ内の雰囲気湿度が目標湿度範囲内に到達するまでの時間が長くなる。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明における調湿装置及び調湿方法の効果を確認するため、実施例と比較例により実施した調湿試験の結果を説明する。
【００６４】
この調湿試験では、図４に模式的に示す調湿装置を使用し、容器３の調湿空間Ｓ内に対象物５４を収納した状態で、本発明における調湿エリア５２の湿度が目標湿度範囲内を逸脱したことを湿度センサ４５が検知した時点に調湿空間Ｓ内に供給される調湿ガス５０を切換える調湿方法により調湿した場合の調湿空間Ｓ内の湿度変化を計測した。なお、この調湿装置の各部の構成、作用は前述した調湿装置１と共通するので、同一の符号を使用して説明を省略する。また、この調湿試験に使用した調湿装置の調湿ガス供給能力は、加湿ガスで５Ｌ／ｍｉｎ、除湿ガスで１０Ｌ／ｍｉｎである。
【００６５】
実施例では、湿度センサを本発明の調湿装置における設置位置に設置し、比較例では、湿度センサを本発明の調湿装置における設置位置と異なる位置に設置したが、湿度センサの設置位置を除いた試験条件は、表１に示すとおり、実施例、比較例とも同一である。
【００６６】
【表１】
2017156005.tif 000003
【００６７】
容器３として、容量が２６Ｌと１６１Ｌの２種類の容器を使用した。これら容器の形状は、表１に示した諸元からも分かる様に、底面積は略同一であるため、容量２６Ｌの容器は扁平な形状であり、容量１６１Ｌの容器は縦長の形状である。
【００６８】
容器３の内部には、容量２６Ｌの容器については体積１３Ｌ、容量１６１Ｌの容器については体積８０Ｌと、容器容量の１／２の体積を有する対象物５４を収納した。これら対象物５４の形状は、表１に示した諸元からも分かる様に、体積１３Ｌの対象物５４は扁平な形状であり、体積８０Ｌの対象物５４は縦長の形状であって、収納する容器３の形状に合わせてある。
【００６９】
実施例では、湿度センサ４５ａは、容量２６Ｌの容器３及び容量１６１Ｌの容器３の双方で調湿エリアを形成するガス供給ポート４１から６５ｍｍの位置に設置し、また、湿度センサ４５と対象物５４の間の距離Ｄは１５ｍｍとした。比較例では、湿度センサ４５ｂは、容器３の内部の天井中央部の位置に設置した。
【００７０】
目標湿度を２５％に設定し、目標湿度範囲を２５±３％として本発明における調湿方法により容器３の調湿空間Ｓ内を調湿した。この際、図５に示す様に、実施例では、容器３の内部を上方から見た場合の奥５５、手前５６、端５７、天井５８、ガス供給ポート吐出口５９の５個所に、比較例では、同じく容器３の内部を上方から見た場合の奥５５、手前５６、端５７、ガス供給ポート吐出口５９の４箇所に湿度センサを取付け、調湿中における調湿空間Ｓ内各位置の湿度変化を計測した。
【００７１】
以上の様に構成した実施例と比較例により、調湿空間Ｓ内の各計測点５５、５６、５７、５８、５９における湿度と湿度センサ４５ａ、４５ｂの計測値を求めた。
【００７２】
図６、図７において、容量２６Ｌの容器３内に体積１３Ｌの対象物５４を入れて調湿した場合の計測結果を示す。図６は、実施例である湿度センサ４５ａをガス供給ポート４１から６５ｍｍの位置に設置して調湿した場合の計測値を、図７は、比較例である湿度センサ４５ｂを対象物５４の上方の容器３天井面に設置して調湿した場合の計測値をそれぞれ示している。
【００７３】
図６に示す計測値から明らかなように、実施例では、温度センサ４５ａの検知は目標湿度である２５％を中心として±０．５％程度の範囲に留まっており、湿度センサ４５ａが検知する湿度は調湿空間Ｓ内に発生する湿度ムラの影響を受けていない。また、各計測点５５、５６、５７、５８、５９での湿度も、迅速に目標湿度範囲内に向けて収束し、略目標湿度範囲内に安定して推移している。
【００７４】
これに対し、図７に示す計測値から明らかなように、比較例では、温度センサ４５ｂの検知が目標湿度範囲内を逸脱して変動するだけでなく、各計測点５５、５６、５７、５９での湿度も目標湿度範囲内を逸脱して変動を繰り返し収束していない。特に、ガス供給ポート４１の吐出口近傍の計測点５９の計測値が激しく変動していることから、湿度センサ４５ｂの検知が調湿空間Ｓ内に発生した湿度ムラの影響を大きく受けていることが分かる。
【００７５】
また、図８、図９において、容量１６１Ｌの容器３内に体積８０Ｌの対象物を入れて調湿した場合の計測結果を示す。図８は、実施例である湿度センサ４５ａをガス供給ポート４１から６５ｍｍの位置に設置して調湿した場合の計測値を、図９は、比較例である湿度センサ４５ｂを対象物５４の上方の容器３天井面に設置して調湿した場合の計測値をそれぞれ示している。
【００７６】
図８に示す計測値から明らかなように、実施例では、温度センサ４５ａの検知は目標湿度である２５％を中心として±０．５％程度の範囲に留まっており、また、各計測点５５、５６、５７、５８、５９での湿度も迅速に目標湿度範囲内に収束し、その後は目標湿度範囲内で安定して推移している。
【００７７】
これに対し、図９に示す計測値から明らかなように、比較例では、温度センサ４５ｂの検知が目標湿度範囲内を逸脱して変動するだけでなく、各計測点５５、５６、５７、５９での湿度も目標湿度範囲内を逸脱して変動していることから、湿度センサ４５ｂの検知が調湿空間Ｓ内に発生した湿度ムラの影響を大きく受けていることが分かる。  
【００７８】
以上より、調湿空間に供給される調湿ガスと調湿空間内のガスが混合して目標湿度範囲内の雰囲気湿度が作り出される調湿エリアの中心に湿度センサを配置し、その湿度センサの検知結果により調湿ガスを切換える本発明の調湿装置及び調湿方法は、調湿空間の雰囲気湿度を迅速に目標湿度範囲内に調湿するとともに、安定的に維持するために極めて有効であることを確認することができた。
【００７９】
本発明における調湿装置及び調湿方法では、湿度センサが調湿空間の大きさや形状、調湿空間内に配置される対象物の大きさや形状により生じる湿度ムラ等の要因に影響されないので、各種要因をそれほど考慮しなくても調湿空間全体の正確な調湿が可能となり、調湿性能が大きく改善されている。また、本発明における調湿装置及び調湿方法によれば、調湿空間内の湿度を迅速に目標湿度範囲に向けて調湿することができるとともに、目標湿度範囲内に維持して安定的に調湿することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明における調湿装置及び調湿方法は、インキュベーター、デシケータ、グローブボックス、ＳＰＦ動物実験装置などのスポット空間や、空気に調湿ガスを供給して中湿度領域に調湿する場合に適しているが、環境試験、培養などの試験、研究用、精密測定、各種検査用、電子部品等の保管用、特定ガスの調湿などにも応用することができる。また、装置の取得価格及び運用コストも安価であるので、異なる調湿空間を複数準備する必要がある場合に特に適している。
【符号の説明】
【００８１】
１  調湿装置
２  装置本体
３  容器
４  圧縮供給源
５  加湿ライン
６  除湿ライン
７  切換弁機構
１０  加湿ユニット
１１  加湿モジュール
１２  タンク
３１  除湿モジュール
４５  湿度センサ
５０  調湿ガス
５１  混合ガス
５２  調湿エリア
５４  対象物
Ｗ  水
Ｓ  調湿空間
Ｇ  調湿空間内の雰囲気ガス
Ｃ  等湿度線
Ｌ  ガス供給ポートと湿度センサ間の距離
Ｄ  湿度センサと対象物間の距離
【図１】
2017156005.tif 000004
【図２】
2017156005.tif 000005
【図３】
2017156005.tif 000006
【図４】
2017156005.tif 000007
【図５】
2017156005.tif 000008
【図６】
2017156005.tif 000009
【図７】
2017156005.tif 000010
【図８】
2017156005.tif 000011
【図９】
2017156005.tif 000012