JP2016125745A - 雰囲気調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】雰囲気調整装置1は、蒸気発生部103、空気輸送管109および熱交換部111を備える。蒸気発生部103は、目的温度および目的相対湿度に応じた水蒸気量を有する気体を発生させる。空気輸送管109は、蒸気発生部103が発生させた気体を輸送する。熱交換部111は、空気輸送管109の気体流出側の端部に設けられ、気体の温度および相対湿度を目的温度および目的相対湿度に調整する。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、上述した課題を解決する雰囲気調整装置を提供することにある。
図1は、一実施形態による雰囲気調整装置1の構成を示す概略ブロック図である。
雰囲気調整装置1は、観測装置の観測対象物Oの雰囲気の温度および相対湿度を所望の目的温度および目的相対湿度に調整する装置である。
雰囲気調整装置1は、給気部101、給水部102、蒸気発生部103、水温調整部104、冷媒供給部105、蒸気温調器106、温調媒体供給部107、温度調整部108、空気輸送管109、温調媒体輸送管110、熱交換部111、バルブ112、外気圧計113、外気温計114、調整装置115を備える。
給水部102は、蒸気発生部103に水を供給する。給水部102は、例えばタンクに充填された水をポンプによって蒸気発生部103が備えるタンクへ供給するものによって実現される。また給水部102は、例えばタンクに充填された水が重力によって蒸気発生部103が備えるタンクへ供給されるものであっても良い。給水部102は、蒸気発生部103が備えるタンクの水量が一定の量を下回った場合に、蒸気発生部103に一定量の水を供給する。これにより、蒸気発生部103のタンクには常に一定量以上の水が溜まった状態となるため、例えば一週間を超えるような長時間の連続運転が可能となる。
蒸気発生部103は、給気部101から供給された空気を給水部102から供給された水にくぐらせることで、目的温度および目的相対湿度に応じた水蒸気量を有する空気を生成する。具体的には、蒸気発生部103は、給水部102から供給された水を溜めるタンクを備え、給気部101から供給された空気を当該タンクの底部から水中に放出することで、目的温度および目的相対湿度に応じた水蒸気量を有する空気を生成する。
蒸気温調器106は、蒸気発生部103のタンク内の空気の温度を監視し、タンク内の空気の温度をタンク内の水温より高い温度に調整する。タンク内の空気の温度がタンク内の水温より高い温度に保たれることで、蒸気発生部103が発生させた蒸気の結露を防止することができる。
温調媒体供給部107は、所定の温度の温調媒体を熱交換部111に供給する。本実施形態に係る雰囲気調整装置1においては、温調媒体として水が用いられる。温調媒体供給部107は、例えばチラーによって実現される。
温度調整部108は、温調媒体供給部107が供給する温調媒体の温度を調整する。温度調整部108は、温調媒体供給部107に設けられた金属管と投げ込みクーラーとを有する。温度調整部108は、金属管に温調媒体より低温の水を流すことで温調媒体の温度を下げることができる。また、投げ込みクーラーが温調媒体供給部107に設置されることで、温調媒体の冷却温度を迅速に制御することができる。
空気輸送管109は、蒸気発生部103が生成した空気を観測対象物Oまで輸送する。空気輸送管109は、例えばフレキシブルチューブによって実現される。つまり、空気輸送管は、可撓性を有する管である。空気輸送管109は、蒸気発生部が発生させた気体を輸送する輸送管の一例である。
温調媒体輸送管110は、温調媒体供給部107が供給する温調媒体を輸送する。温調媒体輸送管110は、可撓性を有する管であって、例えばビニルホースによって実現される。
空気輸送管109は、熱交換部111が設けられる部分を除き、断熱材201によって断熱される。つまり、空気輸送管109の気体流出端は、断熱材201によって断熱される。また温調媒体輸送管110は、熱交換部111が設けられる部分を除き、断熱材202によって断熱される。
断熱材201、断熱材202および断熱材203は、例えば、ウレタンフォームによって実現される。
これにより、第1摺動部304の第1支持棒302に対する相対位置、第2摺動部305の第2支持棒303に対する相対位置、および第1摺動部304と第2摺動部305の相対角度が適切に調整されることで、雰囲気調整装置1は、空気輸送管109の気体流出側の端部において、当該端部の位置及び向きを観測対象物Oに向けて固定することができる。
なお、支持台300において、底板301と第1支持棒302の間にXYZステージが設けられていても良い。XYZステージは、底板301と第1支持棒302の幅方向、高さ方向および奥行き方向の位置関係を微調整するための装置である。XYZステージは、例えば幅方向、高さ方向および奥行き方向にそれぞれ3cm程度移動可能であり、それぞれの方向に対応して設けられるネジを回転させることで、第1支持棒302を変位させる。つまり、ネジの1回転につきネジのピッチ幅だけ第1支持棒302が変位する。これにより、観測対象物Oが全長1mm以下の微小なものであったとしても、支持台300は、観測対象物Oに空気が確実に吹き付けられる位置で、空気輸送管109を支持することができる。
外気圧計113は、空気輸送管109の気体流出側の端部において、空気輸送管が輸送する空気の圧力を計測する。
外気温計114は、空気輸送管109の気体流出側の端部において、空気輸送管が輸送する空気の温度を計測する。
蒸気発生部103は、目的温度と目的相対湿度から特定される水蒸気量を有する空気を生成する。当該空気は、空気輸送管109を介して輸送され、熱交換部111において温調媒体輸送管110が輸送する温調媒体と熱交換される。気体の飽和水蒸気量(飽和水蒸気圧)は、温度および圧力によって変化する。具体的には、同じ水蒸気量および圧力を有する空気である場合、温度が低い空気ほど飽和水蒸気量が小さく、温度が高い空気ほど飽和水蒸気量が大きくなる。また同じ水蒸気量および温度を有する空気である場合、圧力が高い空気ほど飽和水蒸気量が小さく、圧力が低い空気ほど飽和水蒸気量が大きくなる。
ここで温調媒体輸送管110が輸送する温調媒体の温度が、空気輸送管109が輸送する空気の温度と異なる場合、空気輸送管109が輸送する空気の温度は変化する。また、蒸気発生部103のタンク内の圧力が大気圧と異なる場合、空気輸送管109が輸送する空気の圧力は変化する。空気の飽和水蒸気量は、空気の温度および圧力によって変わる一方、空気輸送管109の中に存在する水蒸気量は変化しない。そのため、空気輸送管109が輸送する空気の温度および圧力の変化によって、相対湿度が変化する。したがって、雰囲気調整装置1は、蒸気発生部103が生成する空気の温度、タンク内の空気の圧力、および温調媒体供給部107が供給する温調媒体の温度を調整することで、所望の温度かつ所望の相対湿度の空気を、観測対象物Oに吹き付けることができる。
図3は、一実施形態による調整装置115の動作を示すフローチャートである。
まず、調整装置115は、利用者より観測対象物Oの目的温度および目的相対湿度の入力を受け付ける(ステップS1)。次に調整装置115は、外気温計114および外気圧計113から、それぞれ空気輸送管109の気体流出側の端部における温度及び圧力を取得する(ステップS2)。
次に、調整装置115は、取得した温度が目的温度より高いか否かを判定する(ステップS3)。取得した温度が目的温度より高い場合(ステップS3:YES)、調整装置115は、温調媒体の冷却指示を出力する(ステップS4)。温調媒体の冷却指示が出力された場合、使用者は、温度調整部108の金属管に水を流し、さらに温調媒体供給部107へ温度調整部108の投げ込みクーラーを起動する。これにより、温調媒体供給部107が供給する温調媒体は冷却される。
他方、取得した温度が目的温度以下である場合(ステップS3:NO)、調整装置115は、温調媒体供給部107に対し、供給する温調媒体の温度を入力された目的温度に保つ旨の指示を出力する(ステップS5)。
例えば、タンク内の圧力が1気圧である場合において、目的温度が摂氏5度であるとき、調整可能な相対湿度の範囲は、71%(水温を摂氏0.2度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏5度に調整した場合)以下である。これに対し、バルブ112の設定圧力を500kPaに設定することで、目的温度が摂氏5度であるときの調整可能な相対湿度の範囲を、14%(水温を摂氏0.1度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏5度に調整した場合)以下まで拡張することができる。
また、タンク内の圧力が1気圧である場合において、目的温度が摂氏25度であるとき、調整可能な相対湿度の範囲は、20%(水温を摂氏0.5度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏25度に調整した場合)以下である。これに対し、バルブ112の設定圧力を500kPaに設定することで、目的温度が摂氏25度であるときの調整可能な相対湿度の範囲を、4%(水温を摂氏4.0度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏25度に調整した場合)以下まで拡張することができる。
また、タンク内の圧力が1気圧である場合において、目的温度が摂氏80度であるとき、調整可能な相対湿度の範囲は、1%(水温を摂氏0.1度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏80度に調整した場合)以下である。これに対し、バルブ112の設定圧力を500kPaに設定することで、目的温度が摂氏80度であるときの調整可能な相対湿度の範囲を、0.3%(水温を摂氏1.9度に調整した場合)以上100%(水温を摂氏80度に調整した場合)以下まで拡張することができる。
なお、非特許文献3に開示された技術によれば、発生させる空気の相対湿度の下限は50%とされている。これは、本実施形態に係る給気部101およびバルブ112に相当する圧力調整部を備えないことによる。
例えば、上述した実施形態に係る蒸気発生部103は、空気を給水部102から供給された水にくぐらせることで、相対湿度100%の飽和空気を生成するいわゆるバブリング方式のものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る蒸気発生部103は、水を加熱して水蒸気を生成し、マスフローコントローラによって水蒸気の流量を制御するベーキング方式に係るものであっても良い。
101 給気部
102 給水部
103 蒸気発生部
104 水温調整部
105 蒸気温調器
106 温調媒体供給部
107 温度調整部
108 空気輸送管
109 温調媒体輸送管
110 熱交換部
111 バルブ
112 外気圧計
113 外気温計
114 調整装置
115 冷媒供給部
O 観測対象物
Claims (8)
- タンク内の水に気体を通すことで蒸気を発生させる蒸気発生部と、
目的温度および目的相対湿度に応じて、前記タンク内の水温を調整する水温調整部と、
前記蒸気発生部が発生させた気体を輸送する輸送管と、
前記輸送管の気体流出端側に設けられ、前記気体の温度を前記目的温度に調整することで、前記気体の温度および相対湿度を前記目的温度および前記目的相対湿度に調整する調整部と
を備える雰囲気調整装置。 - 前記目的相対湿度、前記目的温度および前記タンク内の気体の圧力に基づいて、前記水温調整部が調整すべき前記タンク内の水温を算出する温度算出部をさらに備える
請求項1に記載の雰囲気調整装置。 - 前記タンク内の気体の圧力を調整する圧力調整部をさらに備える請求項1または請求項2に記載の雰囲気調整装置。
- 前記輸送管のうち前記調整部が設けられない部分が断熱材で覆われている請求項1から請求項3の何れか1項に記載の雰囲気調整装置。
- 前記輸送管は可撓性を有し、
前記輸送管の気体流出端において、当該気体流出端の位置及び向きを固定する固定台をさらに備える
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の雰囲気調整装置。 - 前記目的温度の温調媒体を前記調整部に供給する温調媒体供給部をさらに備え、
前記調整部は、前記輸送管によって輸送された前記気体と前記温調媒体との熱交換により、前記気体の温度および相対湿度を前記目的温度および前記目的相対湿度に調整する
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の雰囲気調整装置。 - 前記水温調整部が、調整すべき水温より低い温度の冷媒およびヒーターによって前記タンク内の水温を調整する
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の雰囲気調整装置。 - 前記蒸気発生部の前記タンクに水を供給する給水部をさらに備える
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の雰囲気調整装置。
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