(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体の周りを囲う冷媒貯蔵タンクを有し、該冷媒貯蔵タンク内に冷媒を入れて前記試験体を冷却し、室温以下の温度で前記試験体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置において、前記冷媒貯蔵タンク内に冷媒を散在させ得る分散体を充填し、該分散体に散在させた冷媒にて前記冷媒貯蔵タンク内の試験体の温度を均一化させると共に、前記分散体は、無機繊維質フェルト、有機繊維質フェルト、発泡ウレタン、無機質成形体及び有機質成形体から選ばれる１種単独又は２種以上の組み合わせからなる多孔質材であることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項２】
前記多孔質材の空隙率は、１０．０〜９９．６％の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の熱伝導率測定装置。
【請求項３】
試験体の周りを囲う冷媒貯蔵タンクを有し、該冷媒貯蔵タンク内に冷媒を入れて前記試験体を冷却し、室温以下の温度で前記試験体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置において、前記冷媒貯蔵タンク内に冷媒を散在させ得る分散体を充填し、該分散体に散在させた冷媒にて前記冷媒貯蔵タンク内の試験体の温度を均一化させると共に、前記分散体は、固形の冷媒を収納できる穴開き部材であることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項４】
前記穴開き部材は、多孔質材、金属材、樹脂材及びゴム材から選ばれる１種単独又は２種以上の組合わせであることを特徴とする請求項３記載の熱伝導率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室温以下の温度で試験体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試験体の熱伝導率の測定手法は様々のものがある。例えば、断熱材の熱伝導率を測定する手法としては、一般的には、平板直接法（ＧＨＰ法）、平板熱流計法、周期加熱法及び細線加熱法等が例示される。そして、これらの各測定手法を用いて、室温以下の温度にて試験体の熱伝導率を測定する場合は、試験体あるいはこの試験体を収容した容器を氷、ドライアイス、液体窒素及び液体ヘリウム等の冷媒等を使用して冷却する必要がある。
【０００３】
いずれの冷媒を使用する場合であっても、冷媒貯蔵タンク又は冷媒貯蔵タンクに相当するものに冷媒を注入し、該冷媒が注入された冷媒貯蔵タンク中に試験体又はこの試験体を収容した容器を入れて冷却したり、あるいは冷媒貯蔵タンク内から冷媒を順次取り出し、試験体又は試験体を収容した容器に吹き付けて冷却する必要がある。そして、いずれの冷却方法を採用するにしても、室温以下の温度で試験体の熱伝導率を精度良く測定するには、冷媒により試験体又はこの試験体を収容した容器の温度を下げ、所望の温度で均一な温度分布にすることが重要である。
【０００４】
従来の熱伝導率測定装置５０は、図３に示すように、冷媒貯蔵タンク５１内の中心部に試験体を収容した容器５２を位置させ、容器５２の周囲を円筒状ヒータ５３で囲い、更に冷媒貯蔵タンク５１全体を発泡ウレタン等の保冷材５４にて覆い保冷している。そして、この試験体の熱伝導率を測定するために、冷媒貯蔵タンク５１内に液体窒素等の冷媒５５を注入すると、冷媒貯蔵タンク５１の底部５６に冷媒５５が溜まり、該冷媒５５により試験体を収容した容器５２を冷却するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱伝導率測定装置５０では、冷媒貯蔵タンク５１内の底部５６に溜まった冷媒５５により、試験体を収容した容器５２を冷却することになるため、容器５２は冷媒５５に近い位置から冷却され、徐々に全体が冷却されることになる。従って、試験体を収容した容器５２を所望の温度で均一な温度分布にするまでには時間がかかり過ぎたり、何時までも均一な温度分布にならなかったりする。このため、従来の熱伝導率測定装置５０では、室温以下の温度で試験体の熱伝導率を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、冷媒により室温以下の温度で試験体の熱伝導率を精度良く測定する熱伝導率測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意研究を行った結果、熱伝導率測定装置の冷媒貯蔵タンク内に冷媒を散在させ得る分散体を充填し、該分散体に冷媒に散在させれば、冷媒貯蔵タンク内の試験体の温度を均一化させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、試験体の周りを囲う冷媒貯蔵タンクを有し、該冷媒貯蔵タンク内に冷媒を入れて前記試験体を冷却し、室温以下の温度で前記試験体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置において、前記冷媒貯蔵タンク内に冷媒を散在させ得る分散体を充填し、該分散体に散在させた冷媒にて前記冷媒貯蔵タンク内の試験体の温度を均一化させると共に、前記分散体は、無機繊維質フェルト、有機繊維質フェルト、発泡ウレタン、無機質成形体及び有機質成形体から選ばれる１種単独又は２種以上の組み合わせからなる多孔質材であることを特徴とする熱伝導率測定装置を提供するものである。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記多孔質材の空隙率は、１０．０〜９９．６％の範囲にあることを特徴とする熱伝導率測定装置を提供するものである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、試験体の周りを囲う冷媒貯蔵タンクを有し、該冷媒貯蔵タンク内に冷媒を入れて前記試験体を冷却し、室温以下の温度で前記試験体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置において、前記冷媒貯蔵タンク内に冷媒を散在させ得る分散体を充填し、該分散体に散在させた冷媒にて前記冷媒貯蔵タンク内の試験体の温度を均一化させると共に、前記分散体は、固形の冷媒を収納できる穴開き部材であることを特徴とする熱伝導率測定装置を提供するものである。
【００１１】
また、請求項４の発明は、前記穴開き部材は、多孔質材、金属材、樹脂材及びゴム材から選ばれる１種単独又は２種以上の組合わせであることを特徴とする熱伝導率測定装置を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における熱伝導率測定装置を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態における熱伝導率測定装置の概略を示す断面図である。図１において、熱伝導率測定装置１は、試験体２の周りを囲う冷媒貯蔵タンク３を有し、この冷媒貯蔵タンク３内に冷媒４を入れて試験体２を冷却し、室温以下の温度で試験体２の熱伝導率を測定する。また、冷媒貯蔵タンク３内には冷媒４を散在させ得る分散体５を充填し、当該分散体５に散在させた冷媒４にて冷媒貯蔵タンク３内の試験体２の温度を均一化させるものである。
【００１５】
試験体２としては、特に制限されないが、熱伝導率が性能の大きな要素となるような製品では頻繁に熱伝導率が測定され、例えば、断熱材や良熱伝導材が例示される。断熱材や良熱伝導材は、その熱伝導率により製品としての評価が定まるから、正確且つ迅速に熱伝導率が測定されなければならない。
【００１６】
冷媒貯蔵タンク３は、箱体１０に蓋１１を被せてなる。冷媒貯蔵タンク３の箱体１０及び蓋１１は、いずれも発泡ウレタン等の保冷材１２及び保冷材１３により囲われ、外部からの熱の侵入を遮断している。
【００１７】
冷媒貯蔵タンク３内には、その中心部に試験体容器１４が位置して収容され、試験体容器１４の側面周りに円筒状ヒータ１５が付設されている。そして、試験体容器１４及び円筒状ヒータ１５の周囲の冷媒貯蔵タンク３内の空間には、分散体５が充填されている。すなわち、冷媒貯蔵タンク３の箱体１０及び蓋１１内は予め試験体容器１４及び円筒状ヒータ１５を収納するスペースが空けられており、分散体５は試験体容器１４や円筒状ヒータ１５とは分離できるように冷媒貯蔵タンク３内に充填されている。また、試験体２を収容した試験体容器１４は冷媒貯蔵タンク３内から出し入れできるようになっている。
【００１８】
分散体５としては、特に制限されず、例えば多孔質材２０が挙げられる。分散体５は、冷媒４を散在させる作用を担うものである。多孔質材２０は、その空隙率が１０．０〜９９．６％の範囲のものが使用される。多孔質材２０の空隙率が１０％未満であると、冷媒４が多孔質材２０により分散されず、冷媒貯蔵タンク３内で偏って存在することになり、空隙率が９９．６％を越えると、冷媒４が冷媒貯蔵タンク３内の底部に溜まることになり、従来例の場合と同じ結果になる。なお、冷媒４としては、多孔質材２０の無数にある空隙部分に含ませるため、流体であることが好ましく、液体窒素や液体ヘリウム等が好適である。
【００１９】
多孔質材２０としては、無機繊維質フェルト、有機繊維質フェルト、発泡ウレタン、無機質成形体及び有機質成形体から選ばれる１種単独又は２種以上の組み合わせのものが使用される。具体的には、ロックウール、グラスウール、アルミナ繊維等の無機繊維を主原料とする無機繊維質フェルト、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、セルロース繊維、木綿等の有機繊維質フェルト、アルミナ系多孔質ボード、アルミナシリカ系多孔質ボード、アルミナ粉末やシリカ粉末等を主原料とした多孔質成形体、軽量キャスタブル耐火物、その他の耐火レンガ、耐火断熱レンガ、耐火モルタル、キャスタブル耐火物、プラスチック耐火物、吹き付け材、ラミング材、スリング材、パッチング材、コーチング材等の各種耐火材から製造した無機質成形体及び有機質成形体が挙げられる。
【００２０】
試験体容器１４は、その内部に試験体２を収納している。この試験体２には熱線（ヒータ）２１が通され、試験材体の上部に循環ヒータ２２及び更にその上に補助ヒータ２３が取り付けられ、試験体２の下部に冷却器２４が取り付けられている。そして、試験体２の循環ヒータ２２側の表面には熱電対２２ａが、熱線２１の近傍には熱電対２１ａが、試験体２の冷却器２４側には熱電対２４ａがそれぞれ設けられている。これらが全体として試験体容器１４内に収容されている。そして、円筒状ヒータ１５、循環ヒータ２２、補助ヒータ２３及び冷却器２４は、電源としての機能発生器３０並びに温度調節器３１に電気的に接続している。更に、温度調節器３１及び熱電対２２ａ、２１ａ、２４ａにスキャナ３２及びデジタル・マルチメータ３３を経由してコンピュータ３４に電気的に接続して、これらでデータを取り込み、処理を行い、コンピュータ３４の出力装置に試験体２の熱伝導率を表示させている。
【００２１】
図２は本発明の他の実施の形態における熱伝導率測定装置を示すもので、この熱伝導率測定装置１ａと図１の熱伝導率測定装置１との相違点は、分散体５が固形の冷媒４ａを収容できる穴４０を有する穴開き部材４１である点にある。すなわち、この穴開き部材４１は、分散体に穴径及び深さの異なる穴４０が規則的又は不規則的に複数形成されている。この穴開き部材４１の穴４０に固形の冷媒４ａを収容することで、冷媒貯蔵タンク内の試験体２の温度を均一化させることができる。冷媒として氷やドライアイスの固形の冷媒を使用すれば、０℃近傍の温度や０〜−８０℃の温度範囲であれば冷却が十分であると共に、液体窒素や液体ヘリウム等のように取扱いが煩雑とならない点で測定の簡素化が図れる。
【００２２】
穴開き部材４１としては、多孔質材並びに金属材、樹脂材及びゴム材等の非多孔質材が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上の組合わせたものが使用される。０℃近傍の温度での熱伝導率の測定は、穴開き部材４１の穴４０に氷を入れて測定することが好ましく、０〜−８０℃の温度範囲での熱伝導率の測定はドライアイスを入れて測定することが好ましく、−１００℃以下の温度での熱伝導率の測定は液体窒素や液体ヘリウムを入れて測定することが好ましい。なお、その他の構成、作用は図１の熱伝導率測定装置１と同様なので、図面に符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
次に、上記構成からなる熱伝導率測定装置１を使用して試験体２の熱伝導率を測定する方法を図１及び図２を参照して説明する。先ず、冷媒貯蔵タンク３の蓋１１を保冷材１３及び多孔質材２０と共に開き、更に、試験体容器１４を開いて、試験体２に熱線２１を通し、その状態の試験体２を循環ヒータ２２及びその上の補助ヒータ２３と冷却器２４との間に挟み込んだものを、試験体容器１４内に収納し、更に冷媒貯蔵タンク３の箱体１０内に入れ蓋１１をする。なお、循環ヒータ２２、熱線２１、冷却器２４には熱電対２２ａ、２１ａ、２４ａを予めセットしておく。そして、冷媒貯蔵タンク３内に冷媒注入口（不図示）から液体窒素等の冷媒４を注入すると、冷媒貯蔵タンク３内の分散体５である多孔質材２０の空隙に冷媒４が散在する。この散在した冷媒４により試験体容器１４が冷却されるから、試験体容器１４が均一に冷却され、試験体容器１４内の試験体２も均一に冷却されることになる。一方、分散体５が穴開き部材４１である場合は、穴４０に氷、ドライアイス、液体窒素、液体ヘリウム等冷媒４の種類を問わず、容易に入れることができる。特に、０〜−８０℃の範囲では、取扱が容易である氷、ドライアイスが使用できるから都合がよい。従って、試験材２に温度差がほとんどない状態なので、コンピュータ３４の出力装置に表示された試験体２の熱伝導率は、正確で信頼のおける数値を示すことになる。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
図１に示す構造の熱伝導率測定装置を使用した。分散体は無機繊維フェルトのアルミナシリカブランケット（嵩密度１００kg/m3 、空隙率９６％）を使用した。冷媒は液体窒素を使用し、分散体中に散在させた。試験体容器の上部と下部とに熱電対を取り付け、試験体容器内にある試験体の中心部の温度を−８０℃になるように制御した。制御時間は３時間であり、この３時間における任意の時間で上部熱電対と下部熱電対の温度を測定し、その平均値を取った。結果を表１に示す。
【００２５】
比較例１
図３に示す構造の熱伝導率測定装置を使用し、試験体容器の上部と下部とに熱電対を取り付け、それ以外は実施例１と同様の方法で上部熱電対と下部熱電対の温度を測定し、その平均値を取った。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003919153.tif 000002
【００２７】
表１から明らかなように、実施例１では、温度差がわずかに１℃であるから、試験体の熱伝導率の誤差は最小限に抑えることができるのに対して、比較例１では６５℃となって、試験体の熱伝導率の誤差は大きなものとなることが推測される。因みに、細線加熱法による試験体の熱伝導率の誤差は、実施例１では５％以下にできるのに対して、比較例１では２０〜４０％となり事実上測定不可となっている。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、冷媒貯蔵タンク内に冷媒を注入すると、冷媒は分散体により散在し、その散在した冷媒により試験体を冷却するから、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、試験体を所望の温度で均一な温度分布することができるから、試験体の熱伝導率を精度良く測定することができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、多孔質材の空隙に冷媒が入り込むことにより、冷媒が散在し、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、上記と同じ効果を奏する。
【００３０】
請求項３の発明によれば、前記多孔質材の空隙率が１０．０〜９９．６％の範囲にある空隙に冷媒が入り込むことにより冷媒が散在し、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、上記と同じ効果を奏する。
【００３１】
請求項４の発明によれば、多孔質材として、無機繊維質フェルト、有機繊維質フェルト、発泡ウレタン、無機質成形体及び有機質成形体から選ばれる１種単独又は２種以上の組み合わせのものを使用でき、これらの素材の空隙に冷媒が入り込むことにより、冷媒が散在し、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、上記効果に加えて、種々の素材のものが多孔質材として使用可能となって、コストを下げることが可能となる。
【００３２】
請求項５の発明によれば、穴開き部材の穴に冷媒を収容するものであるから、冷媒が流体でも固体でも収容することができ、冷媒を散在させることができる。このため、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、上記効果に加えて、取扱の容易な氷やドライアイス等を使用でき、試験体の熱伝導率を容易に測定することができる。
【００３３】
請求項６の発明によれば、穴開き部材として、多孔質材、金属材、樹脂材及びゴム材における１以上の組み合わせのものを使用でき、これらの素材の穴に流体や固体に関わりなく冷媒を入れることができ、それにより、冷媒が散在し、試験体に冷却温度差が生じにくくなる。従って、上記効果に加えて、種々の素材のものが穴開き部材として使用可能となって、コストを下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱伝導率測定装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の熱伝導率測定装置の概略を示す断面図である。
【図３】従来例の熱伝導率測定装置の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、５０      熱伝導率測定装置
２                  試験体
３、５１            冷媒貯蔵タンク
４、４ａ、５５      冷媒
５                  分散体
１０                箱体
１１                蓋
１２、１３          保冷材
１４                試験体容器
１５、５３          円筒状ヒータ
２０                多孔質体
２１                熱線
２１ａ  ２２ａ  ２４ａ    熱電対
２２                循環ヒータ
２３                補助ヒータ
２４                冷却器
３０                機能発生器
３１                温度調節器
３２                スキャナ
３３                デジタル・マルチメータ
３４                コンピュータ
４０                穴
４１                穴開き部材
５２                容器
５４                保冷材
５６                底部
【図１】
0003919153.tif 000003
【図２】
0003919153.tif 000004
【図３】
0003919153.tif 000005