水蒸気量
水蒸気量とは、空気や気体中に含まれる水蒸気の量を物理量として表したものであり、乾燥空気との混合状態や温度・圧力条件を踏まえて定義される指標である。用途に応じて、体積あたりの質量で示す絶対湿度、乾燥空気に対する質量比で示す混合比、湿り空気全体に対する質量比で示す比湿など、複数の表現が使い分けられる。空調設計、乾燥プロセス、錆・腐食管理、電子機器の信頼性評価、気象観測など、工学・産業から気象まで広く重要な基礎量である。
定義と基本概念
水蒸気量の代表的な表現は次の通りである。絶対湿度は単位体積中の水蒸気質量で、典型的にg/m³で示す。混合比rは「水蒸気質量/乾燥空気質量」で、単位はkg/kg（しばしばg/kg_dry-air）。比湿qは「水蒸気質量/湿り空気総質量」であり、数値はrよりわずかに小さくなる。相対湿度は飽和に対する割合であり水蒸気量そのものではないが、温度依存性を明確に示すため、現場では併用されることが多い（関連：相対湿度）。
指標の種類と使い分け
絶対湿度（ρv）
絶対湿度は水蒸気量を直観的に示す。理想気体近似が成り立つ常温常圧では、ρv = e/(Rv·T) と書ける。ここでeは水蒸気の分圧、Rvは水蒸気の気体定数（約461.5 J/(kg·K)）、Tは絶対温度である。高温・高圧や高湿域では非理想性に注意する。
混合比（r）
混合比はプロセス計算で扱いやすい水蒸気量の表現で、r = 0.622·e/(p−e) により求められる（pは全圧）。乾燥空気基準のため物質収支・エンタルピ計算に便利である。
比湿（q）
比湿は湿り空気全体基準の水蒸気量で、q = r/(1+r) と近似できる。熱・物質移動の方程式にそのまま入れやすい表現である。
飽和・相変化と温度依存性
水蒸気量の上限は温度に依存する飽和水蒸気圧 e_s(T) により定まる。温度が上がると e_s は指数関数的に増加し、同一相対湿度でも実際の水蒸気量は大きくなる。露点温度は「空気を冷却して最初に凝縮が始まる温度」で、露点が高いほど水蒸気量が多いことを意味する（関連：絶対湿度）。
測定方法とセンサ
- 乾湿球法：乾球温度・湿球温度から水蒸気量を算出。現場性に優れる。
- 露点鏡式：露点を直接測定し、高精度に水蒸気量を求める基準器。
- 静電容量式：小型・応答性良好で装置組込み向け。
- 赤外式：吸収スペクトルから水蒸気量を推定し、広い範囲に適用可能。
計算手順の実例
例：25℃、大気圧101.3 kPa、相対湿度60％の空気。25℃の飽和水蒸気圧 e_s ≈ 3.17 kPa として e = 0.60·e_s ≈ 1.90 kPa。混合比は r = 0.622·e/(p−e) ≈ 0.622·1.90/(101.3−1.90) ≈ 0.0119 kg/kg（≒11.9 g/kg_dry-air）。比湿 q ≈ r/(1+r) ≈ 0.0118。絶対湿度は ρv = e/(Rv·T) で、T=298.15 K とすると ρv ≈ 0.0138 kg/m³（≒13.8 g/m³）。このように同じ相対湿度でも温度により水蒸気量は変化する。
工学・製造での影響
水蒸気量は塗装・乾燥・粉体搬送・静電気対策・錆の進行・樹脂含水率・電子部品の信頼性などに直結する。たとえばリフロー前の保管環境では水蒸気量が高いと吸湿膨張やポップコーン破壊を誘発しやすい。機械室や計測室では、温度安定化とともに水蒸気量（比湿）の制御が計測ばらつきの低減に寄与する。熱膨張や材料の寸法安定とも絡むため、温湿度・熱管理は総合的に設計する（関連：熱膨張）。
単位・表記と換算
- 絶対湿度：g/m³（またはkg/m³）。現場の空気質評価に適す。
- 混合比：g/kg_dry-air。空調・乾燥設備の物質収支に有用。
- 比湿：kg/kg。エネルギー収支やCFDで使いやすい。
- 体積分率：ppmv。ガス分析やクリーン環境の規定で用いる。
計測・設計上の注意点
- 温度ドリフト：センサは温度補償を行い、定期校正で水蒸気量の系統誤差を抑える。
- 圧力影響：加圧系では理想気体近似の限界を確認し、必要に応じて補正する。
- 局所不均一：配管内や装置内では混合不十分で水蒸気量が偏在する。測定点とサンプリング条件を明示する。
- 結露管理：露点差（表面温度−露点温度）を確保し、結露起点での腐食・短絡を防ぐ。
設計・評価に役立つ実務ヒント
空調や乾燥装置の能力推定には混合比が有用である。外気条件（設計気象）から室内設定までのエンタルピ差・含水量差を用い、送風量と熱量・除湿量を概算する。試験・検査では、相対湿度表示だけでなく比湿・混合比など水蒸気量の絶対量指標を併記することで、温度の違う条件間でも比較可能になる。計測記録には「T, p, RH, 露点, r, q, ρv」のうち目的に合うものを最低限2指標以上残すと後解析が容易である。