(57)【要約】【課題】断熱材の熱伝導率が短時間で測定可能な熱物性測定装置を提供する。【解決手段】熱源１０２の温度と熱流密度センサー１０７の温度の平均温度を算出し、被測定物１０１を平均温度から熱源１０２温度の間の温度になるように予め温度調節したあと、熱源１０２上に配置するとともに熱流密度センサー１０７を被測定物１０１に接触させ、被測定物１０１を伝わる熱流密度を測定するものであり、断熱材などの被測定物は、最終的に到達する温度に近似した温度になるように予め調節されるため、熱物性測定装置各部の温度が設定値と近くなるので、簡単な小型な構成で、さらに短時間で熱物性を測定可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が平らな熱源と、前記熱源の上方に設けられ上下に可動する熱流密度センサーで構成され、前記熱源の温度と前記熱流密度センサーの温度の平均温度を算出し、被測定物を前記平均温度から前記熱源温度の間の温度になるように予め温度調節したあと、前記熱源上に配置するとともに前記熱流密度センサーを前記被測定物に接触させ、前記熱源から前記被測定物を介して前記熱流密度センサーに伝わる熱流密度を測定することを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項２】
被測定物の厚みを測定する厚み測定手段を備え、熱流密度センサーで測定される熱流密度を、前記厚み測定手段で測定される被測定物の厚みおよび熱源の温度と前記熱流密度センサーの温度差で除して前記被測定物の熱伝導率を算出する演算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱物性測定装置。
【請求項３】
演算手段は、予め記憶させた値と前記演算手段で算出された値とを比較して、被測定物が所望の熱物性を有しているか否かを判定する判定手段に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の熱物性測定装置。
【請求項４】
判定手段で判定した結果を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱物性測定装置。
【請求項５】
被測定物は、熱伝導率が０．０４５Ｗ／ｍＫ以下の断熱材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱物性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ポリウレタンや真空断熱材の断熱性能を評価する熱物性測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心が高まり、冷蔵庫、自動販売機などの冷凍冷蔵機器やジャーポットなどの温熱機器の省エネ設計に対する社会的な要望が高まっている。これを受けて、機器メーカーでは、競って断熱技術の開発に注力している。
【０００３】
代表的な断熱技術としては、冷蔵庫などの冷凍冷蔵機器の箱体壁面に使用されている発泡ポリウレタンがある。また、最近ではグラスウールやシリカ粉末を芯材として、この芯材を樹脂と金属箔のラミネートフィルムなどのガスバリア性に優れたフィルムで覆い、また余分な水分を吸着する水分吸着剤を同封したあと、内部を真空状態にして作製される真空断熱材が高性能な断熱材として利用されている。
【０００４】
一般にこれらの断熱材の断熱性能は、断熱材の片面から反対面への単位面積当たりの熱流密度を厚みで除した熱伝導率で評価される。この熱伝導率が小さいものほど断熱性能が高いことを意味する。熱伝導率の測定は、断熱材を温度調整可能な平行平板で挟み、断熱材の厚み方向に所定の温度差をつけたときの単位面積当たりの熱流密度を測定する。同時に平行平板間の厚みを測定し、熱伝導率を算出する。
【０００５】
この測定方法は、断熱材両面の温度差が一定、つまり定常状態になったときの熱流密度を測定するものである。このため、測定開始から定常状態になるまでの時間が必要となる。この時間を短縮するために、測定対象の断熱材上に、熱源を挟んで温度による素材変化が生じにくいシリカなどの熱抵抗材を配置し、熱抵抗材内部の２点以上の温度差から断熱材の熱伝導率を推定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図２は、従来の熱伝導率測定装置の説明図である。熱伝導率測定装置１は、熱発生装置２と熱抵抗材３を備えている。熱抵抗材３は、内部の温度差を測定するものである。
【０００７】
熱発生装置２により被測定物４と熱抵抗材３との間で熱を発生させ、被測定物４と熱抵抗材３に熱を流し、熱抵抗材３の内部の熱流によって生じる温度差を温度差測定装置５によって測定し、この温度差から被測定物４の熱伝導率を求めることができる。また、熱抵抗材３上部には、熱発生装置２と熱抵抗材３および被測定物４とを上方から荷重をかけて密着させる密着付与材６を備えている。
【０００８】
例えば、被測定物４の熱伝導率が高いと、熱抵抗材３に流れる熱流は少なくなるので、熱抵抗材３の内部の温度差は小さくなる。逆に、被測定物４の熱伝導率が小さいと、熱抵抗材３の内部に流れる熱流は多くなるので、熱抵抗材３の内部の温度差が大きくなる。この原理を利用して、間接的に被測定物４の熱伝導率を測定することができる。
【０００９】
また、同時に複数の熱伝導率を測定できる装置として、両面に加熱源を有し、その両面に被測定物を配置するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２―１３１２５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成では、断熱材など測定対象物の加熱面と冷却面の温度が一定となった定常状態での熱伝導率を測定している。このため、測定対象物の温度が測定毎に異なる場合、これを定常状態に制御しなければならず、測定対象物の測定温度とその熱容量に応じて加熱、冷却を制御し、安定までに時間を要するという課題があった。
【００１１】
また。この時間を短縮しようとすると、測定対象物に対して十分な加熱および冷却能力を有する温度制御手段が必要となり、装置全体が大型化し、さらに装置のエネルギー消費量も増大するという課題があった。
【００１２】
また、定常状態までの制御時間は従来どおりで、同時に複数のものを測定する場合には、測定対象物の複雑な配置が必要であり、手作業か専用の装置も必要となるという課題があった。
【００１３】
本発明は、測定対象物の温度管理を予め行うことにより、測定時間を大幅に短縮でき、さらには小型かつ簡単な構成でありながら高い精度で熱伝導率を測定できる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱物性測定装置は、上部が平らな熱源と、熱源の上方に設けられ上下に可動する熱流密度センサーで構成され、熱源の温度と熱流密度センサーの温度の平均温度を算出し、被測定物を平均温度から熱源温度の間の温度になるように予め温度調節したあと、熱源上に配置するとともに熱流密度センサーを被測定物に接触させ、熱源から被測定物を介して熱流密度センサーに伝わる熱流密度を測定するものであり、熱源上に置かれた断熱材などの被測定物は、熱源から供給される熱によって加熱されて温度が上昇する。熱流密度センサーもまた被測定物を通過して伝わる熱によって次第に昇温する。このため、測定開始時と測定終了時の熱流密度センサーと熱源の平均温度を比較すると、測定終了時の方が高くなる。つまり、被測定物を予め測定終了時の熱流密度センサーと熱源の平均温度に調整しておくことで、熱流密度センサー（低温側）の温度制御をしなくても、簡単な小型の構成で熱物性を測定可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定物を予め測定終了時に近い温度に調整するため、簡単な構成でありながら、測定時間を大幅に短縮し、測定精度を向上した小型な熱物性測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
請求項１に記載の熱物性測定装置の発明は、上部が平らな熱源と、前記熱源の上方に設けられ上下に可動する熱流密度センサーで構成され、前記熱源の温度と前記熱流密度センサーの温度の平均温度を算出し、被測定物を前記平均温度から前記熱源温度の間の温度になるように予め温度調節したあと、前記熱源上に配置するとともに前記熱流密度センサーを前記被測定物に接触させ、前記熱源から前記被測定物を介して前記熱流密度センサーに伝わる熱流密度を測定することを特徴とするものであり、断熱材などの被測定物は、熱物性測定によって最終的に到達する温度に近似した温度になるように測定前の待機時間に調節される。このため、熱物性測定装置各部の温度が設定値と近くなるので、簡単な小型な構成で、さらに短時間で熱物性を測定可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の熱物性測定装置の発明は、請求項１に記載の発明において、被測定物の厚みを測定する厚み測定手段を備え、熱流密度センサーで測定される熱流密度を、前記厚み測定手段で測定される被測定物の厚みおよび熱源の温度と前記熱流密度センサーの温度差で除して前記被測定物の熱伝導率を算出する演算手段を備えることを特徴とするものであり、熱物性の一つである熱伝導率を測定可能である。このことにより、各種被測定物の断熱または伝熱性能を簡単な小型な構成で、さらに短時間で測定できることに加えて、同一の指標で比較できるので、その物性値の優劣を精度良く評価できる。
【００１８】
請求項３に記載の熱物性測定装置の発明は、請求項２に記載の発明において、演算手段は、予め記憶させた値と前記演算手段で算出された値とを比較して、被測定物が所望の熱物性を有しているか否かを判定する判定手段に接続されていることを特徴とするものであり、被測定物の熱伝導率を測定するとともに、その測定値が所望の値であるか否かを自動的に判定できる。このことから、熱伝導率を簡単な小型な構成で、さらに短時間で測定できることに加えて、被測定物の品質を定量的に判定することができる。
【００１９】
請求項４に記載の熱物性測定装置の発明は、請求項３に記載の発明において、判定手段で判定した結果を表示する表示手段を備えることを特徴とするものであり、短時間で測定、評価した結果を視覚的に認識できるので、簡単な小型な構成で、さらに精度良く被測定物の品質を定量的に判定することができる。
【００２０】
請求項５に記載の熱物性測定装置の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、被測定物は、熱伝導率が０．０４５Ｗ／ｍＫ以下の断熱材であることを特徴とするものであり、熱が伝わりにくい被測定物を熱源から供給される熱流のみで昇温させるときでも、予め測定温度付近まで温度調節されていることから、簡単な小型な構成で、さらに短時間で熱物性を測定することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における熱物性測定装置の構成図である。
【００２３】
図１に示すように、被測定物１０１は、熱伝導率が０．０４５Ｗ／ｍＫ以下の断熱材である。冷蔵庫や住宅用の断熱材として一般的に用いられる発泡ポリウレタンがある。また、粉末やグラスウールを焼成して板状にした芯材を樹脂とアルミ箔のラミネートフィルムで袋状に作製した外被材に挿入し、内部を真空状態にしたあと開口部を熱溶着してシールした真空断熱材などがある。熱源１０２は、上面にステンレスや鉄製の金属板１０３が備えられ、その上部に被測定物１０１を載せることができる。また、金属板１０３下部に接触して電気ヒーター１０４が備えられ、金属板１０３を加熱する。金属板１０３は熱電対１０５で温度が検知され、温度調整器１０６を介して金属板１０３が所定の温度になるように電気ヒーター１０４の出力を調整することができる。
【００２４】
被測定物１０２上方には、熱流密度センサー１０７が備えられている。熱流密度センサー１０７は、内部に熱電対が埋設されており、上下面の温度差によって熱電対に発生する起電力から単位面積当たりに通過した熱流を測定するものである。また、熱流密度センサー１０７は、梁１０８に固定され、空気圧によって上下動が可能なエアシリンダー１０９の先端にバネ１１０を介して設けられたフレーム１１１下面に備えられている。梁１０８は、略中央部に集中荷重がかかるので、上面にリブを立てるなどの補強構造になっている。また、エアシリンダー１０９にはチューブ１１２を介して、コンプレッサ１１３に接続されている。フレーム１１１は、金属製で断面形状がコの字型になっており、熱流密度センサー１０７上面の大部分が空気と接触している。
【００２５】
被測定物１０１上方には厚み測定手段１１４が複数備えられている。厚み測定手段１１４は、光学非接触式である。コンプレッサ１１３を除く各部品は、ケーシング１１５内に収められている。
【００２６】
熱流密度センサー１０７と厚み測定手段１１４は、信号線１１６でケーシング１１５外にある演算手段１１７に接続されている。演算手段１１７は、熱流密度センサー１０７と厚み測定手段１１４で検出される被測定物１０１の熱流密度と厚みおよび上下面の温度差から熱伝導率を算出し、さらに予め記憶させておいた値と算出値を比較し、被測定物１０１が所望の熱物性を有しているか否かを判定する判定手段１１８を備えている。また、判定手段１１８の判定結果を表示する表示手段１１９を備えている。
【００２７】
以上のように構成された熱物性測定装置について、以下その動作について説明する。
【００２８】
まず、被測定物１０１の熱伝導率を測定するために、熱源１０２（高温側）の温度を調整する。例えば、上面の金属板１０３が４０℃〜７０℃になるように温度調整器１０６で電気ヒーター１０４の出力を調整するとよい。金属板１０３から放出される熱は、ケーシング１１５内の温度を僅かに上昇させる。このとき、ケーシング１１５内の温度は、熱流密度センサー１０７によって検出される温度とほぼ同等になっている。
【００２９】
金属板１０３および熱流密度センサー１０７の温度が安定すれば、その平均値を算出する。そして、この平均値と金属板１０３の温度の間で被測定物１０１を予備加熱する。例えば、金属板１０３を５０℃に設定し、ケーシング１１５内温度が３０℃とすると、被測定物１０１は４０℃〜５０℃に予備加熱すればよい。なお、予備加熱の手段はどのような方法でも構わないが、実験室などの小規模な場合は、恒温炉などに数分放置すればよい。工場のように大量かつ連続的に生産する場合においては、生産ラインの最終工程に加熱工程を設けるとよい。
【００３０】
このようにして、予備加熱された被測定物１０１は、金属板１０３上に設置される。その後、コンプレッサ１１３からチューブ１１２を介して圧縮空気をエアシリンダー１１２に供給し、熱流密度センサー１０７を被測定物１０１表面に接するように降下させる。このとき、被測定物１０１表面が傾斜していたとしても、複数のバネ１１０によって熱流密度センサー１０７と被測定物１０１が密着できる。なお、被測定物１０１への圧縮力が強すぎる場合には、被測定物１０１が変形する恐れがあるので、被測定物１０１の圧縮変形挙動に応じて、予めコンプレッサ１１３からの空気圧を調整する。
【００３１】
被測定物１０１の厚みは、上方に備えられた厚み測定手段１１４によって測定される。
【００３２】
このように測定された被測定物１０１の熱流密度と厚みおよび被測定物両面の温度差は、演算手段１１７に信号線１１６を介して電気信号で送信される。演算手段１１７内では、送信された各データから判別手段１１８で被測定物１０１の熱伝導率を算出し、予め記録した所望の値と比較することによって、被測定物１０１の断熱性能の良し悪しを判断する。また、この判断結果は、表示手段１０９によって視覚的にわかりやすいように表示される。
【００３３】
以上のように、上部が平らな熱源１０２と、熱源１０２の上方に設けられ上下に可動する熱流密度センサー１０７で構成され、熱源１０２の温度と熱流密度センサー１０７の温度の平均温度を算出し、被測定物１０１を平均温度から熱源１０２温度の間の温度になるように予め温度調節したあと、熱源１０２上に配置するとともに熱流密度センサー１０７を被測定物１０１に接触させ、熱源１０２から被測定物１０１を介して熱流密度センサー１０７に伝わる熱流密度を測定するものであり、断熱材などの被測定物は、熱物性測定によって最終的に到達する温度に近似した温度になるように測定前の待機時間に調節される。このため、熱物性測定装置各部の温度が設定値と近くなるので、簡単な小型な構成で、さらに短時間で熱物性を測定可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる熱物性測定装置は、断熱材などの熱伝導率を短時間で測定できる。このため、断熱材の量産工場などにおいて、品質検査を短時間で行うことができるので、検査品数を増やしたり、全品検査が可能になることから、断熱材の品質向上に貢献でき、さらに断熱材を使用する冷蔵庫や住宅の品質も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における熱物性測定装置の構成図
【図２】従来の熱伝導率測定装置の説明図
【符号の説明】
【００３６】
１０１  被測定物（断熱材）
１０２  熱源
１０７  熱流密度センサー
１１４  厚み測定手段
１１７  演算手段
１１８  判定手段
１１９  表示手段
【図１】
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【図２】
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