(57)【要約】本発明は多機能流体の熱伝導率の連続的な測定（３０）のための方法と装置に関係する。本考案の方法は多機能流体の供試体を入口面と出口面によって定義される空間（３１）に置き、入口面を経由して供試体に少なくともひとつの熱流の極めて短いパルスを送り、供試体内部の一定間隔をおいた３点での時間の関数として多機能流体の温度変化を測定するよう少なくとも３個の温度センサー（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を用いて、レーザー装置（４０）を使用し供試体の内部に一定間隔をおいた少なくとも３点で熱波を測定し、前述の温度変化から供試体の熱力学特性を推定し、Ｔは温度を表し、ｋは温度で変化する熱伝導率を表し、tは時間そしてαはｋにより変化する熱拡散率を表すと同時に、k(T)/ρ*Cpに等しく、かつρ および Cpが全体密度と比熱を表す場合に、方程式（１）から熱伝導率を計算することにある。
2006508341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多機能流体の熱伝導率の連続測定の方法で、この流体の中で前記多機能性流体の供試体に、第1の面すなわち入口面、及び、第2の面すなわち出口面により仕切られる空間の中を通過させるとともに、その空間の中で多機能流体の前記供試体の温度上昇を生じさせるとともに、この温度上昇が測定されるもので、さらに前記供試体に、前記第1入口面を横断して少なくとも1回の熱流の極短いインパルスが伝達されること、この供試体内部に空間をおいて位置する少なくとも3点で温度が測定されること、この測定により、時間に応じたこれら3点での前記多機能流体の温度の進展が測定されること、この進展に応じて前記機能流体の供試体の熱力学特性が決定されるとともに、この供試体の熱伝導率が計算されることを特徴とする多機能流体の熱伝導率の連続測定の方法。
【請求項２】
熱流の前記インパルスが繰り返し伝達されるとともに、前記第1の入口面を横断する熱流のインパルスの発信と供試体の内部で空間を置いて位置する前記3点で認められる温度上昇との間に経過する時間に応じて、温度の進展曲線により構成される温度線図が作成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
次の方程式、Ｔが温度、ｋは温度に依存する熱伝導率、tは時間、aはｋに依存する熱拡散率で、p および Cpが容積質量および比熱として、k (T) p*Cpに等しい式で、熱伝導率が推定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法の実施のための多機能流体の熱伝導率の連続測定装置で、第1の面すなわち入口面及び第2の面すなわち出口面により仕切られる空間の中を前記多機能流体の供試体に通過させるために配置される複数の手段、前記供試体、この供試体の温度を変化させるための複数の加熱手段、及びこの温度の変動を測定ために配置される複数の手段を含むもので、さらに前記供試体に前記第1の入口面を横断して、少なくとも1回の極短い熱流のインパルスを伝達するために配置される手段、この供試体の内部で空間をおいて位置する少なくとも3点で熱波を測定するために配置される手段、測定値から供試体の内部で空間を置いて位置する前記点での時間に応じた多機能流体の温度の進展を決定するために設けられる手段、この進展から前記多機能流体の供試体のこれら熱力学特性を推定するために配置される手段、そしてこの供試体の熱伝導率を計算するために配置される手段を含むということを特徴とする多機能流体の熱伝導率の連続測定装置。
【請求項５】
前記多機能流体を前記第1および第2の面により仕切られる空間の中を通過させるために配置される複数の前記手段が、断熱された仕切壁（３２）および機能性流体を連続して横断する磨かれた金属の内部被覆（３３）を有するひとつの区域（３１）を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記供試体に熱流の極短いインパルスを少なくとも1回伝達するために配置される前記手段（３７）が少なくとも1台のレーザー装置（４０）を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記供試体に熱流の極短いインパルスを少なくとも1回伝達するために配置される前記手段（３７）が少なくとも1台の発信管（２１）を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項８】
供試体を横断した熱波を測定するために配置される前記手段が受信管（２２）を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項９】
時間に応じた多機能流体の温度の進展を測定するために配置される前記手段が、前記供試体の内部で空間をおいて位置する前記の少なくとも3点で、多機能流体の供試体の温度を測定するために配置される多機能流体の少なくとも3台の温度観測器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項１０】
多機能流体の供試体の中の空間を置いて位置する前記3点での温度の進展からこの供試体の熱力学特性を推定し、その熱伝導率を計算するために配置される前記手段が計測値に対応する信号を前記温度観測器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）から受取るために配置される計算装置を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多機能流体の熱伝導率の連続的な測定方法に関するもので、この流体内で、前記多機能流体の供試体を第1の、つまり入口の面と第2の面、つまり出口の面で仕切られる空間を通過させるとともに、この空間に前記多機能流体の供試体の温度上昇が生じて、この温度上昇が測定される。
【０００２】
本発明はまた、前記多機能流体の供試体に前記供試体の、第１の、つまり入口の面および第２の、つまり出口の面により仕切られた空間の中を通過させるための手段、この供試体の温度を変化させるための加熱手段、そしてこの温度変化を測定するために配置される手段を含む多機能流体の熱伝導率の連続測定装置に関係する。
【背景技術】
【０００３】
多機能流体とは相が液体と固体あるいはガスと異なることのできる複数の成分から構成できる流体である。
【０００４】
多機能流体の単純な例は血液である。その他の多機能流体は、例えば、液体及びガラスモルタルの中で懸濁状態にある一般にＰＶＭと呼ばれる、相が変化する材料で構成される二相の混合物である。
【０００５】
熱の伝達の様々な問題、流体またはその他の流れの問題が解決できるためには、流体の物理的および熱物理特性の数値が大きな重要性をもつ。
【０００６】
なかでも、熱伝導率は温度勾配に応じてある材料中の熱の伝播の程度を定義する。伝導とは、本質的に、運動の、なかでも粒子の振動の影響による伝搬である。導電係数k (W/m. K) は固体中の結晶構造、均質性、温度、圧力；液体の、固体のまたはガスの相、及び／又は、組成に依存する。
【０００７】
液体類はガス類より導電性が良く、また固体類は液体類より導電性が良いと観察されている。液体類の導電率はまずそれらの温度に依存する。
【０００８】
伝導係数の正確な測定は操作が難しい。実際、実際に用いられる材料類はいつも同じとは限らない。この点が研究の様々な実験室で作成される実験結果間の差につながる。こうして伝導係数に関する精度は５％を越えない。
【０００９】
単純な供試体に関して、相の変化がなければ、熱伝導率を測定する方法がすでに存在する。
【００１０】
多機能流体を相の変化の有無で特徴づけるような熱伝導率の測定に関して信頼できる直接の方法はほとんど何もない。
【００１１】
公開独国特許 199 49 327 A1には、数種の成分を含むガス状混合物の中にガス濃度を測定するために、この方法を実施するための方法および装置が説明されている。当該方法はある温度／時間関数により決定される最小値と最大値の間の温度上昇を受けるガス状混合物の熱伝導の測定に基づいている。時間の関数である温度変動の曲線の分析により、混合物中に含まれるガスの濃度を定めることが可能となる。当該装置はフーリエ解析器に信号を送る温度ピックアップを含む。このような装置は多機能流体の熱伝導率の測定には適応しない。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の目的は、迅速で、効果的で、しかも経済的な方法で多機能流体の熱力学的特性を定めるとともに熱伝導率をそれから推定することを可能にする装置のような方法を提供してこの不便さを緩和することにある。
【００１３】
この目的は予め決定されるとともに、さらに、前記第１の入口面を横断して、少なくとも１回の熱流の極めて短いインパルスが前記供試体に伝達され、この供試体の内部に一定の間隔をおいて位置する少なくとも３点で温度が測定され、この測定により、時間に応じてこれら３点での多機能流体の温度の進展が測定され、そこで、この進展に応じて前記多機能流体の熱力学的特性を定めるとともに、この供試体の熱伝導率が計算されることを特徴とするような方法により達成される。
【００１４】
好ましい実施方法によれば、前記熱流のインパルスは繰り返えしの方法で伝達され、前記第１の入口面を横断する熱流の発信と、供試体内部で間隔をおいた前記の少なくとも３点で確認される温度上昇との間で、時間に応じた温度の進展の曲線により構成される温度線図が作成される。
【００１５】
特に好ましい方法では、次の式で熱伝導率が推定される。Ｔが温度であり、ｋが温度に依存する熱伝導率であり、ｔが時間、aはｋに依存する熱拡散率であり、p とCpが容積質量と比熱である場合に k (T) p*Cpに等しい。
【００１６】
この目的はまた予め定められ、さらに前記供試体に前記第１の入口面を横断して、少なくとも１回の熱流の極短いインパルスを伝達するために配置される手段、この供試体の内部に間隔をおいて位置する少なくとも３点における熱波を測定するための配置される手段、測定された値から供試体の内部の前記間隔をおいた点での時間に応じた多機能流体の温度の進展を測定するために設けられる手段、前記多機能流体の供試体の熱力学特性をこの進展から推定するために配置される手段、そして、この供試体の熱伝導率を計算するために配置される手段を含むことを特徴とするような装置により達成される。
【００１７】
好ましいある実施例によれば、前記多機能流体の供試体を前記第１及び第２の面により仕切られた空間を通過させるために配置される前記手段は、独立した仕切壁を有する区域と磨かれた金属の内部被覆含み、この被覆は多機能流体を連続して横断する。
【００１８】
熱流の少なくとも１回の極短いインパルスを前記供試体に伝達するために配置される前記手段には少なくとも１台のレーザー装置が含まれる。
【００１９】
特別な実施方法によると、熱流の極短い１回のインパルスで前記供試体に伝達するために配置される前記手段は放射管を含むことができる。
【００２０】
供試体を横断した熱波を測定するために配置される前記手段は受信管を含むのが好ましい。
【００２１】
特に有利な構造によれば、時間に応じて多機能流体の温度の進展を測定するために配置される前記手段には前記少なくとも３点での多機能流体の供試体の温度を測定するために配置される少なくとも３つの温度観測器が含まれる。
【００２２】
多機能流体の供試体中に間隔をおいて位置する３点での温度の進展から、この供試体の熱力学特性を推定するとともに、熱伝導率を計算するために配置される前記手段は、測定値に対応する信号類を前記温度観測器から受けるために配置される計算装置を含むのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明とその利点は付録の図面類を参照する本発明の様々な実施方法の以下の説明の中で明らかになろう。その図面で、
【図１】本発明による方法の実施例を図示する原理の全体図である。
【図２】本発明の装置の実施方法を図式的に図示する図である。
【図３】本発明の装置の有利な実施方法の断面図である。
【図４】本発明で利用される測定観測器の断面図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１を参照すると、本方法はまず、はじめに、例えば、第１の、つまり入口の面１３及び第２の、つまり出口の面１４を定めるのに適切な形の管または区域の断熱された仕切壁１１及び１２との間を循環させて、調査する多機能流体の供試体１０を選別することにある。流体は通常の手段により温度の上昇を受けるのが好ましい。さらに、矢印１５によって図示されるように、例えばレーザーにより、第１入口面１３を横断して少なくとも１回の熱流の極短いインパルスが伝達される。このインパルスに引き続いて、ひとつの熱波が供試体１０を横断して伝播するとともに、前記第２出口面１４を横断する。この波は矢印１６により示されるとともに、ある器具１７により測定される。供試体の内部に間隔をおいて位置する少なくとも３個の観測器Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３が時間に応じた多機能流体の温度の進展曲線を描くことを可能にする。１台の計算装置がこの進展から前記多機能流体の供試体の熱力学特性を推定するとともに、この供試体の熱伝導率を計算する。本方法では熱フラッシュの繰り返し発信が含まれるのが好ましく、測定は繰り返し実行される。
【００２５】
図２により有利な実施例の形のもとで、限定されない例として図示される多機能流体の供試体の熱伝導率の測定の本方法を実施するための装置２０は、それらの端部それぞれ２１aおよび２２aを分離する空間には、この供試体の前記第１入口面２３及び前記第２出口面２４を定めるような方法に配慮して配置される第１発信管２１及び第２受信管２２が含まれる。熱流フラッシュと呼ばれるひとつのインパルスが発信管２１により発せられるとともに、ひとつの熱波の形で供試体を突き抜けて、受信管２２により捕らえられる。２本の管は長さ数センチで内径が１センチ未満であるのが都合良い。これらにはインパルスの命令及び測定の管理に必要な電気構成部品が含まれる。これらはそれぞれ剛性のある導線で構成される２ヶ所の支持部２１b、及び２２b上にそれぞれ取付けられる。
【００２６】
図３は本発明による測定装置３０の断面図である。
【００２７】
この装置には主として、断熱された仕切壁３２及び磨かれた金属の内部被覆３３を有する区域３１が含まれる。この区域は例えば、熱伝導率を知ることが期待されるガラスモルタルのような多機能流体により連続して横断される。この流体は区域３１の中を、管３４を通って浸透するとともに、管３５を通ってこの区域から出てくる。この区域にはさらに、多機能流体の供試体の温度を変化させるために配置される加熱部品３７を含む箱３６が備えられている。さらに、矢印３８によって示される熱流の複数のインパルスが、例えばレーザー装置４０により、入口面を横断して繰り返し発生されるのが好ましい。発生した熱波は区域３１に含まれる流体の供試体を突き抜け、当該区域（矢印３９）から出てくるとともに、相互に間隔をおいて供試体の内部に配置される少なくとも３個の温度観測器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３により、測定される。区域３１の厚さeは正確に分かる。この厚さは測定のパラメーターを変化させることを可能にするために変化するものにできる。この点で、装置３０には区域３１の厚さeを正確に決定することを可能にするマイクロメーターを含む機器（示されず）が備えられる。２本の管３４および３５には入口、出口および区域内で多機能流体の連続する循環を可能にする仕切弁４１，４２がそれぞれ備えられている。
【００２８】
図４に図式的に示される観測器５０は、上に言及された温度観測器Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３の有利な実施形態に対応する。この観測器は実は、温度の測定と導電率の測定とを組合わせる。これは多機能流体５１の中に浸けられる。これは温度のピックアップ５２ひとつと多機能流体の導電率の測定のピックアップひとつを含む。これらの２つのピックアップは、例えば、多機能流体中に浸かる支持材５５により支えられる管状要素５４の内部仕切壁上に取付けられる。
【００２９】
本発明による装置は次のように都合良く機能する。いくつかの手段、例えば、区域３１が前記多機能流体の供試体の断熱を可能にする。例えば、マイクロメーターを含む器具により構成される
複数の手段が前記区域の厚さの決定を可能にする。例えば、加熱部品により構成される複数の手段が供試体に温度上昇が発生するのを可能にする。レーザー装置４０のようないくつかの手段が、熱流の極短いインパルスを少なくとも１回、好ましくはこのようなインパルスを連続的に発生させて供試体に伝えることを可能にする。図２に図示される受信管２２のようないくつかの手段が供試体を横断した熱波を測定することを可能にする。図４の温度ピックアップ５２が時間に応じた多機能流体の温度の進展を決定することを可能にする。計算装置（表示されず）がこの進展から前記流体の供試体の熱力学特性を推定するとともに、この供試体の熱伝導率を計算することを可能にする。
【００３０】
熱伝導率を決定するため、熱伝導率が温度に依存する関数であるということを考慮する熱方程式を解くのが適当である。この式は以下の通りである。すなわち、Ｔは温度、ｋは温度ｔに依存する熱伝導率、ｔは時間、aはｋに依存する熱拡散率で、k (T) p*Cpに等しく、p 及びCpはそれぞれ容積質量、比熱である。
【００３１】
適切なプログラムを使用してこの方程式を解析するとともに、ジェフレイのモデルと呼ばれるあるモデルにより与えられる熱伝導率の値を利用すると、温度線図を構成する一連の曲線が得られる。
【００３２】
使用可能な実験データだけから構成される温度線図を利用して熱伝導率を決定することができる。その点で、温度に依存する２つの係数を取り出して熱の式を、k 1 dk<BR> p cp kdTと書き直すのが適切である。非常に近い２ヶ所、座標値ｘの最初の場所および座標値x+dxの２番目の場所でこの式を２回書くと、２つの未知数のある２つの式の系が得られる。係数aおよびbは座標値ｘおよびx+dxにおけるものであり、お互い等しいものと推定される。この系をマトリックスの形にすると、適切なプログラムを使用してこれを極めて簡単に解くことができ、供試体の熱伝導率を見いだすことができる。
【００３３】
一般にＰＣＭ（相変化材料）と呼ばれる相の変化する材料は、固体―液体相の変化温度が０℃から６５℃間で変動するアルカン重合体である。ＰＣＭ類は例えば、貯蔵といった静的利用、そして、例えば、熱エネルギーの輸送といった動的利用向けに利点を呈する。
【００３４】
例えば、液体中に懸濁している固体相にあるナフタリンのようなＰＣＭ材料のマイクロカプセル（１０imから１０００pm）の添加物が、一般に例えばポンプといった従来の手段により循環させることが可能な「ＰＣＭＳ」と呼ばれる液体の形での2相の混合物を作る。この水溶液は生体環境的で経済的な方法で、熱源や冷源、そして間接的な装置の形でのエネルギーの貯蔵や流通の利点を組合わせることを可能にする。このようなＰＣＭＳはガラスモルタルにより構成される。水溶液中の細かなガラス箔の添加物がポンプで汲み上げることのできる液体の形での混合物を作る。この混合物は生体環境的でかつ経済的な方法で、冷源の貯蔵および高能力の間接冷却の利点と直接解凍の冷凍機とを組合わせる可能性を与える。
【００３５】
特に、観測器５０に関しては、別の構造のものが考えられる。温度および導電率の測定のピックアップは市販されているものの中にある。多機能流体中に浸る支持物上の配置は必要性と用途に応じて取付けることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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