(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に離間した上部板及び下部板と、
前記上部板及び前記下部板の間に設置されたシリンダと、
前記シリンダ内に設置され、上下移動が可能な稼動板と、
前記上部板を貫通するように結合された第１固定手段と、
前記稼動板の上面に設置され、前記第１固定手段と同一の鉛直線上に位置する第２固定手段と、
前記第１固定手段及び前記第２固定手段に両端がそれぞれ固定された熱線と、
前記上部板の上面に設置されて前記第１固定手段を上下に移動させる張力調節手段と、
前記熱線の張力を測定するセンサと
を含む非定常熱線法を用いた流体の熱伝導度測定装置。
【請求項２】
前記第１固定手段の中間に雄ネジが形成され、前記張力調節手段の内側に雌ネジが形成されて前記張力調節手段の回転時に前記第１固定手段が上昇又は下降することを特徴とする請求項１に記載の非定常熱線法を用いた流体の熱伝導度測定装置。
【請求項３】
前記第１固定手段又は第２固定手段が、
本体と、
前記熱線が貫通する固定ホールが形成され、前記固定ホールを中心に十字状溝が下面に形成された弾性体の固定具と、
前記本体の下部にネジ結合されて前記固定具を締める固定ナットと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の非定常熱線法を用いた流体の熱伝導度測定装置。
【請求項４】
前記固定具が上部へ行くほど直径が広くなる傾斜した形状であることを特徴とする請求項３に記載の非定常熱線法を用いた流体の熱伝導度測定装置。
【請求項５】
前記稼動板に連結されて稼動板の上下移動をガイドするロッドを更に含み、前記上部板と稼動板がテフロン（登録商標）材質であることを特徴とする請求項１に記載の非定常熱線法を用いた流体の熱伝導度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置に関し、更に詳しくは、熱線の張力及び勾配を考慮して測定誤差を最小化することによって、ナノ流体の熱伝導度を正確に測定できる非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非定常熱線法（transient hot-wire method）は、流体の熱伝導度を測定するのに最も広く用いられる方法であって、極細の熱線に電流を印加した後、時間による熱線の温度上昇を利用して熱伝導度を測定する方法である。
【０００３】
このような非定常熱線法は、流体の熱伝導度を測定する他の方法である定常法と比較して流体内で起きる自然対流の影響を効果的に抑制できる。従って、流体の熱伝導度を正確に測定できるだけでなく、流体の熱伝導度の測定に多くの時間がかからないため、効果的である。
【０００４】
図７は、従来の非定常熱線法を用いた熱伝導度測定システムを示す概略図であり、図８は、従来の非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置を示す図であり、図９は、熱線の勾配変化による自然対流の発生時点を示すグラフである。
【０００５】
図面を参照すれば、一般の非定常熱線法を用いた熱伝導度測定システムは、熱伝導度測定装置１０、標準精密抵抗及び精密可変抵抗で構成されたホイートストンブリッジ２０、電源供給装置３０、熱伝導測定装置１０で測定されたデータを収集するデータ収集装置４０で構成される。
【０００６】
このうち、熱伝導度測定装置１０は、長さが比較的長い１本の熱線を用いる構造（図８の（ａ）参照）と、長さが互いに異なる２本の熱線を用いる構造（図８の（ｂ）参照）とに区分される。
【０００７】
前の装置は熱線を１つのみ用いるので、構成が簡単であり、測定が容易であるが、熱線の両端の接合点で伝導による熱損失が生じ、このような熱損失による測定誤差によって熱伝導度を正確に測定し難いという問題がある。反面、後者の構造は、前者に比べて相対的に複雑であるが、２本の熱線の両端の接合点で同一に発生した熱損失量を回路構成と資料の処理を通じて互いに相殺させることで、伝導損失による測定誤差が発生せず、熱伝導度を正確に測定できる。
【０００８】
しかしながら、従来の熱伝導度測定装置は、測定時に測定時間に対する基準点を明確にしない場合、自然対流による測定誤差が発生する。特に熱線の張力が適正な値に到達できなかったり、熱線が鉛直に配置されていない場合、図９に示すように、自然対流が予測した時間よりも早く発生して信頼できる水準の測定値を得ることができない。
【０００９】
また、従来の熱伝導測定装置は、熱線が半田付けにより固定された構造であるので、熱線を交換する度に半田付けをしなければならないという煩雑さがあり、交換した熱線が鉛直に配置されるように、勾配を調節する作業が容易でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述した従来技術の問題を解決するためのものであって、その目的は、熱線の張力及び勾配を考慮して測定誤差を最小化することによって、ナノ流体の熱伝導度を正確に測定できる非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、熱線の設置及び交換が非常に容易な非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明に係る非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置は、以下のような構成を含んでなされる。
【００１３】
上下に離間した上部板及び下部板と、前記上部板及び前記下部板の間に設置されたシリンダと、前記シリンダ内に設置され、上下移動が可能な稼動板と、前記上部板を貫通するように結合された第１固定手段と、前記稼動板の上面に設置され、前記第１固定手段と同一の鉛直線上に位置する第２固定手段と、前記第１固定手段及び前記第２固定手段に両端がそれぞれ固定された熱線。
【００１４】
前記構成の本発明の装置によれば、張力調節手段を用いて第１固定手段を上昇又は下降させれば、熱線の張力を調節できる。また、熱線が固定される第１固定手段と第２固定手段が鉛直線上に位置するため、熱線の勾配が鉛直線と平行に維持され得る。従って、ナノ流体の熱伝導度の測定時に熱線の張力及び勾配により発生する誤差を最小化できるので、熱伝導度を正確に測定できる。
【００１５】
このとき、前記張力調節手段に設置されて熱線の張力を測定するセンサを更に含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記第１固定手段と前記第２固定手段は、棒状の本体と、傾斜した形状の固定具と、内壁面が前記固定具と対応する傾斜した形状に形成され、前記本体とネジ結合される固定ナットとを含む。このとき、固定具の中央には、熱線が貫通する固定ホールが形成され、固定具の上面又は下面には、固定ホールを中心とする十字状溝が形成される。
【００１７】
このような構造の第１固定手段と第２固定手段によれば、熱線が固定具に挿入された状態で固定ナットを締めれば、熱線の固定作業が完了する。従って、熱線の設置及び交換が容易であるだけでなく、第１固定手段と第２固定手段が鉛直線上に位置するため、熱線の勾配を調節する作業が不要である。
【発明の効果】
【００１８】
前述したように構成された本発明は、張力調節手段及びセンサ、そして鉛直線上に位置する第１固定手段と第２固定手段を用いてナノ流体の熱伝導度の測定時に熱線の張力及び勾配により発生する誤差を最小化できるので、熱伝導度を正確に測定できるという効果を奏する。
【００１９】
また、固定手段が半田付けの方法でないネジ締結を通じて熱線を固定することで、設置及び交換が容易であるだけでなく、第１固定手段と第２固定手段が鉛直線上に位置するため、熱線の勾配を調節する作業が不要であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置を示す断面図である。
【図２】図１の実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置のうち、第１固定手段を示す分解斜視図である。
【図３】図１の実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置のうち、第１固定手段を示す断面図である。
【図４】図１の実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置のうち、一部を拡大した図である。
【図５】図１の実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置を用いた測定方法を示す順序図である。
【図６】図１の実施形態に係る非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置を用いた水の熱伝導度の測定結果を示すグラフである。
【図７】従来の非定常熱線法を用いた熱伝導度測定システムを示す概略図である。
【図８】従来の非定常熱線法を用いた熱伝導度測定装置を示す図である。
【図９】熱線の勾配変化による自然対流の発生時点を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。以下、本発明に係る実施形態を説明するにおいて、そして各図面の構成要素に参照符号を付すにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に示されていても、可能な限り同一の符号を付した。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置（１００、以下、測定装置という）は、上下に離間した上部板１１０及び下部板１２０と、上部板１１０及び下部板１２０の間に設置されたシリンダ１３０と、シリンダ１３０の内側下部に設置された稼動板１４０と、上部板１１０を貫通するように結合された第１固定手段１５０と、稼動板１４０の上面に設置された第２固定手段１６０と、第１固定手段１５０及び第２固定手段１６０に両端がそれぞれ固定された熱線Ｗと、上部板１１０の上面に設置された張力調節手段１７０と、張力調節手段１７０に設置されたセンサ１８０とを含む。
【００２３】
上部板１１０は、所定厚さの円板形状である。その中央には、第１固定手段１５０が結合される結合孔１１２が形成され、結合孔１１２の周囲には、後述するロッド１９２が貫通する貫通孔１１４及びシリンダ１３０との結合のためのネジがＳ締結される締結孔１１６が形成される。また、上部板１１０の上面中央には、第１固定手段１５０の上部、張力調節手段１７０及びセンサ１８０の下部が内装されるカバー１１８が形成される。
【００２４】
下部板１２０は、下面に溝１２２が形成された円板形状であり、溝１２２には、シリンダ１３０との結合のためのネジがＳ締結される締結孔１２４が形成される。このように下部板１２０の下面に溝１２２が形成された理由は、ネジＳが突出するのを防止し、測定装置１００の設置時に水平を維持するためである。
【００２５】
シリンダ１３０は、熱伝導度測定用流体（以下、ナノ流体という）が充填される部分である。上端及び下端にフランジ１３２が形成された円筒形状に形成され、フランジ１３２には、上部板１１０及び下部板１２０との結合のためのネジがＳ締結される締結孔１３４が形成される。
【００２６】
前述した形状のシリンダ１３０は、内部に充填されたナノ流体が漏れないように封止された構造でなければならない。このために、シリンダ１３０と上部板１１０との間、シリンダ１３０と下部板１２０との間、そして上部板１１０と第１固定手段１５０との間には、気密保持用Ｏ−リング１９４が設けられる。
【００２７】
稼動板１４０は、シリンダ１３０の内側下部に設置され、熱線Ｗの長さを調節できるように、上下に移動可能に設置される。これを更に詳細に説明すれば、稼動板１４０は、上部板１１０に上端が固定されたロッド１９２の下方に設置され、稼動板１４０の上面及び下面でナットＮにより固定される。即ち、ナットＮを緩め、稼動板１４０を上下に移動させる場合、設置高さを調節できる。
【００２８】
このとき、上部板１１０と稼動板１４０は、テフロン（登録商標）材質であることが好ましい。また、稼動板１４０を支持するロッド１９２は、ナノ流体の熱伝導度の測定に影響を及ぼさないように、熱伝導度に優れたステンレススチール又は銅材質であることが好ましい。
【００２９】
第１固定手段１５０と第２固定手段１６０は、熱線Ｗを固定する手段である。第１固定手段１５０は、上部板１１０の中央に形成された結合孔１１２に設置され、第２固定手段１６０は、稼動板１４０上面の中央に設置される。
【００３０】
このように第１固定手段１５０と第２固定手段１６０を同一の鉛直線上に位置させた理由は、熱線Ｗの勾配がナノ流体の熱伝導度の測定に影響を及ぼす点を考慮したからである。即ち、第１固定手段１５０と第２固定手段１６０を同一の鉛直線上に位置させることで、自然対流の発生を遅延させて熱伝導度の測定誤差を最小化するためである。
【００３１】
一方、図２と図３を参照して第１固定手段１５０と第２固定手段１６０の構造を詳察すれば、以下の通りである。ここで、第２固定手段１６０は、第１固定手段１５０と同一の構造及び形状を有するので、第１固定手段１５０を代表として説明する。
【００３２】
第１固定手段１５０は、本体１５０ａ、本体１５０ａの下部に位置する固定具１５０ｂ、固定具１５０ｂを覆い、本体１５０ａの下部にネジ結合される固定ナット１５０ｃを含んで構成される。
【００３３】
本体１５０ａは棒状であり、張力調節手段１７０との結合のための雄ネジ（図４の１５１）が中間部分に形成される。また、本体１５０ａの下端には、固定ナット１５０ｃとの結合のための螺子山１５２が形成され、下面には、熱線Ｗが挿入される挿入溝１５３が形成される（図３参照）。
【００３４】
図３において、固定具１５０ｂは、上部へ行くほど直径が広くなる傾斜した形状に形成された弾性体である。その中央には、熱線Ｗが貫通する固定ホール１５４が形成され、下面には、固定ホール１５４を中心とする十字状溝１５５が形成される。この十字状溝１５５は、熱線Ｗの結合時に固定ホール１５４を拡張させ、固定ナット１５０ｃの結合時に固定具１５０ｂを熱線Ｗに圧着させるための空間である。
【００３５】
図２において、このような十字状溝１５５は、固定具１５０ｂの上面で一定深さに形成される。固定ナット１５０ｃは、本体１５０ａにネジ結合されて固定具１５０ｂを熱線Ｗに圧着させるための締め付け手段である。図３に示すように、固定ナット１５０ｃの内壁面の下部１５６は、固定具１５０ｂと対応する傾斜した形状に形成され、内壁面の上部には、本体１５０ａの螺子山１５２と対応する螺子山１５７が形成される。
【００３６】
前述した構造の第１固定手段１５０では、固定ナット１５０ｃが本体１５０ａとネジ結合されるため、熱線Ｗの設置及び交換が容易である。即ち、熱線Ｗを固定ホール１５４に挿入した状態で固定具１５０ｂを本体１５０ａと固定ナット１５０ｃとの間に位置させた後、固定ナット１５０ｃを結合すれば、設置が完了する。
【００３７】
このとき、固定ナット１５０ｃが本体１５０ａにネジ結合される過程で固定ナット１５０ｃの内壁面の下部１５６が固定具１５０ｂを加圧し、固定具１５０ｂが圧着されれば、熱線Ｗを固定する。反面、固定ナット１５０ｃが緩めば、固定具１５０ｂを加圧していた固定具１５０ｂの圧着状態が解除され、熱線Ｗを簡単に分離できる。
【００３８】
図４を参照すれば、上部板１１０の結合孔１１２には、直線運動ベアリング１９６が設置され、直線運動ベアリング１９６の内部には、第１固定手段１５０が設置される。また、第１固定手段１５０の中間には、張力調節手段１７０が設置され、第１固定手段１５０の上端には、熱線Ｗの張力を測定するセンサが設置される。
【００３９】
このとき、第１固定手段１５０と張力調節手段１７０は、第１固定手段１５０の中間に形成された雄ネジ１５１と張力調節手段１７０の内部に形成された雌ネジ１７２を通じて互いに結合される。
【００４０】
このような構造によれば、張力調節手段１７０を図面の矢印Ａ方向に回転させる場合、雄ネジ１５１と雌ネジ１７２が噛み合って動くことによって、第１固定手段１５０が上方へ動き、熱線Ｗを緊張させる。反面、張力調節手段１７０を矢印Ａ反対方向に回転させれば、第１固定手段１５０が下方へ動きながら、熱線Ｗを弛緩させる。
【００４１】
結局、熱線Ｗの張力を適正な値に調節することで、熱線Ｗの張力を考慮して測定誤差を最小化できる。従って、ナノ流体の熱伝導度を正確に測定できる。
【００４２】
前述した測定装置１００を用いたナノ流体の熱伝導度の測定方法を図５を参照して詳察する。
【００４３】
まず、測定装置１００に熱線Ｗを設置する（Ｓ１０）。図３を参照すれば、本体１５０ａから固定ナット１５０ｃを分離し、熱線Ｗを固定具１５０ｂの固定ホール１５４に貫通させる。その後、固定具１５０ｂが圧着されて熱線Ｗを固定できるように、固定ナット１５０ｃを本体１５０ａにネジ結合する。
【００４４】
熱線Ｗの設置が完了すれば、図４に示すように、張力調節手段１７０を用いて第１固定手段１５０を上昇又は下降させることで、熱線Ｗの張力を所望の値に設定する（Ｓ２０）。
【００４５】
次に、シリンダ１３０に水を注入した後、熱線Ｗに電源を供給して水の熱伝導度を測定する（Ｓ３０）。即ち、張力調節手段１７０とセンサ１８０を用いて熱線Ｗの張力を調節し、水の熱伝導度を測定する場合、測定誤差が最も小さな熱線Ｗの張力を把握できる。
【００４６】
前述した段階で測定された張力値によって熱線の張力を調節する（Ｓ４０）。
【００４７】
最終的に、シリンダ１３０に注入された水を排出し、熱伝導度を測定するナノ流体を注入した後、ナノ流体の熱伝導度を測定する（Ｓ５０、Ｓ６０）。
【００４８】
このように、本実施形態に係る測定装置１００を用いてナノ流体の熱伝導度を測定する場合、熱線Ｗに適正な張力が印加される。また、熱線Ｗが鉛直方向に配置される。従って、熱線Ｗの張力及び勾配により発生する測定誤差を最小化でき、熱伝導度を正確に測定できる。
【００４９】
また、固定手段１５０、１６０が半田付けでないネジ締結を通じて熱線Ｗを固定するので、設置及び交換が容易であり、第１固定手段１５０と第２固定手段１６０が鉛直線上に位置するので、熱線Ｗの勾配調節作業が不要なため、測定が容易である。
【００５０】
一方、本実施形態に係る測定装置１００及び測定方法を用いた流体の熱伝導度の実験結果を詳察すれば、以下の通りである。
【００５１】
水を利用して熱伝導度を測定した結果、図６に示すように、熱伝導度の測定誤差範囲が１．５％以内であることを確認でき、実験結果の信頼性を示せる結果の線形性が０．９９９９以上であることが分かった。
【００５２】
以上、本発明を好適な実施形態を通じて説明したが、前述した実施形態は、本発明の技術的思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様な変化が可能であることは、この分野における通常の知識を有する者であれば、理解できるはずである。従って、本発明の保護範囲は、特定の実施形態ではなく、特許請求の範囲に記載された事項により解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術的思想も本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１００    測定装置
１１０    上部板
１２０    下部板
１３０    シリンダ
１４０    稼動板
１５０    第１固定手段
１６０    第２固定手段
１７０    張力調節手段
１８０    センサ
【図１】
0005639714.tif 000002
【図２】
0005639714.tif 000003
【図３】
0005639714.tif 000004
【図４】
0005639714.tif 000005
【図５】
0005639714.tif 000006
【図６】
0005639714.tif 000007
【図７】
0005639714.tif 000008
【図８】
0005639714.tif 000009
【図９】
0005639714.tif 000010