JP2000329718A - 発泡体試料の熱伝導率測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際に用いられる温度に対応する低温域での
熱伝導率の測定でも、低温側熱板に結露が生じない発泡
体試料の熱伝導率測定を可能にする。 【解決手段】 発泡体試料１の両面に半導体の昇温冷却
モジュールから成る熱板２、３を配置すると共に、発泡
体試料１の上面及び下面にそれぞれ熱流計４、５及び熱
電対６、７を設け、各々の面の温度を一定の温度差に保
ち、かつ発泡体試料１の周囲をその平均温度に保ちなが
ら、所与の原理式に従って当該発泡体試料１の熱伝導率
を求める熱伝導率測定方法又は装置において、発泡体試
料１、熱板２、３及び熱電対６、７を含む測定ヘッド９
又は測定装置本体部分を低温の恒温槽１１の中に配設し
て、低温域の熱伝導率の測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発泡体試料の熱
伝導率、特に冷蔵庫の断熱材壁に使用される発泡ウレタ
ンのような熱伝導率の低い発泡体試料の熱伝導率を測定
するのに適した熱伝導率測定方法及び測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の発泡ウレタンのような断
熱材の熱伝導率測定装置として、発泡体試料両面に半導
体の昇温冷却モジュールを配置し、その一方を高温側熱
板とし他方を低温側熱板とすると共に、発泡体試料の両
面にそれぞれ熱流計及び温度センサを設け、各々の面の
温度を一定の温度差に保ち、かつ発泡体試料の周囲をそ
の平均温度に保ちながら、所与の原理式に従って当該発
泡体試料の熱伝導率を求める熱伝導率測定装置が知られ
ている。

【０００３】この測定装置は湿度の多い場所等で使用す
ると結露することがあるので、それに備えて、結露した
場合は常温又は４１０℃程度に昇温し、前面扉を開け完
全に乾燥させて使用するようになっている。また、結露
を嫌う場合は、装置裏面にガス導入口を設け、このガス
導入口から何らかの乾燥ガス（例えば空気、Ｎ2等）を
入れて使用するようになっている。すなわち、装置に
は、乾燥気体（空気など）を吹き込むエアーパージのラ
インもついている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試験の
対象がプレハブ冷凍冷蔵庫等の断熱壁に使用される断熱
材としての発泡体である場合、その熱伝導率測定を、こ
のような常温又は４１０℃程度に昇温したり、乾燥ガス
を入れて行うのでは、実際の使用状態における断熱材の
測定からかけ離れた状態の値を測定することになる。

【０００５】そこで、通常使用される温度に対応する低
温域において熱伝導率の測定を行うことが望まれるが、
本発明者等が当該低温域において熱伝導率の測定を行っ
たところ、低温側熱板に結露が生じること、このためメ
ンテナンスに手数がかかること、また、正確なデータが
得られないことが判った。即ち、このままでは発泡体試
料たる発泡体を常温か又は乾燥させて測定するかの方法
によらざるを得ないことになる。

【０００６】よって、発泡体試料が冷蔵倉庫等の断熱壁
のパネルとして使用されている状態を正しく反映した低
温域の熱伝導率測定データが得られるようにすること、
さらに、当該測定装置で測定可能な範囲でなるべく実際
の使用条件に合わせて温度範囲を広く（低温側０℃以
下、高温側３０℃）とり、各種発泡体における温度と熱
伝導率との関係が把握できるようにすることが望まれ
る。

【０００７】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、実際に用いられる温度に対応する低温域での熱伝導
率の測定でも、低温側熱板に結露が生じない発泡体試料
の熱伝導率測定方法及び測定装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は以下のように構成したものである。

【０００９】（１）請求項１記載の測定方法は、発泡体
試料の両面に半導体の昇温冷却モジュールから成る熱板
を配置すると共に、発泡体試料の両面にそれぞれ熱流計
及び温度センサを設け、各々の面の温度を一定の温度差
に保ち、かつ発泡体試料の周囲をその平均温度に保ちな
がら、所与の原理式に従って当該発泡体試料の熱伝導率
を求める熱伝導率測定方法において、前記発泡体試料、
熱板及び温度センサを含む測定ヘッド又は測定装置本体
部分を低温の恒温室内に配設し、低温域の熱伝導率の測
定を行うことを特徴とする。

【００１０】（２）請求項２記載の熱伝導率測定装置
は、発泡体試料の両面に半導体の昇温冷却モジュールか
ら成る熱板を配置し、その一方を高温側熱板とし他方を
低温側熱板とし、この高温側熱板及び低温側熱板に既知
の熱流感度を有する熱流計と温度センサを埋め込んで、
各々の面の温度を一定の温度差に保ち、かつ発泡体試料
の周囲をその平均温度に保ちながら、所与の原理式に従
って当該発泡体試料の熱伝導率を求める熱伝導率測定装
置において、前記発泡体試料、熱板及び温度センサを含
む測定ヘッド又は測定装置本体部分を、断熱パネルにて
外部と区画される低温の恒温室内に配設したことを特徴
とする。

【００１１】上記したこの発明の方法及び装置によれ
ば、発泡体試料、熱板及び温度センサを含む測定ヘッド
又は測定装置本体部分を、実際に使用される温度に対応
する低温の恒温室内に配設し、低温域の熱伝導率の測定
を行うようにしているので、実際の使用状態（例えば低
温側０℃以下、高温側３０℃）における断熱材の低温域
の熱伝導率の測定でも、低温側熱板に結露が生じない状
態で、発泡体試料の熱伝導率を測定することができる。

【００１２】また低温側熱板に結露が生じないことか
ら、従来結露が生じた場合に必要であった装置の乾燥工
程をなくすことができる。従って、装置のメンテナンス
に手数がかからない。

【００１３】また低温側熱板に結露が生じないことか
ら、発泡体試料が冷蔵倉庫等の断熱壁のパネルとして使
用されている状態を正しく反映した正確な低温域の熱伝
導率測定データを得ることができる。よって、各種発泡
体における温度と熱伝導率との関係を的確に把握するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１５】まず、この発明の熱伝導率測定方法及び測
定装置で測定しようとする発泡体を具備する断熱パネル
にて構成される冷蔵倉庫の全体の構成を、図３に示す。
図において、冷蔵倉庫２１は、例えばプレハブ式の小型
冷蔵倉庫であり、この発明における測定対象物である一
対の金属表面板間に例えば発泡ポリウレタン等の断熱性
心材を充填した断熱性の床パネル２２、外壁パネル２
３、屋根パネル２４を用いて構成される。即ち、床パネ
ル２２の上に外壁パネル２３を四方を囲むように立設
し、この外壁パネル２３の上に屋根パネル２４を取付け
て、長方形の密閉した箱形に庫室２１ａが構成され、外
壁パネル２３による側壁２５に扉２６を備えた出入り口
２７が設けられている。２８は屋根パネル２４による天
井である。そしてこの冷蔵倉庫２１にクロスダクトを使
用した冷却装置３０が装着されている。

【００１６】冷却装置３０は、常法により室内ユニット
３６と室外ユニット３７とから成り、室内ユニット３６
は、静圧をとれる吸入ファン３５ａにより吸入した循環
空気を冷却する冷却器に１本のクロスダクト３２を連結
した単数クロスダクトユニットを備え、このユニットの
クロスダクト３２を吊下げ手段で支持して構成される。

【００１７】次に、この発明に係る熱伝導率測定方法及
び測定装置を、図１及び図２を参照して説明する。

【００１８】図１において、符号１は発泡体試料であ
り、断熱材としてのウレタンフォームから成る。その大
きさは２００ｍｍ×２００ｍｍ×３０ｍｍ（ｔ）であ
る。この発泡体試料１の上下の面には、ペルチェ効果を
利用した半導体の昇温冷却モジュールから成る熱板２、
３を配置し、その一方を高温側熱板２とし他方を低温側
熱板３としている。また、この高温側熱板２及び低温側
熱板３に既知の熱流感度を有する熱流計４，５と温度セ
ンサとしての熱電対６，７とを埋め込んである。

【００１９】上記半導体の昇温冷却モジュールから成る
熱板２、３の外側には、水槽からの冷却水を流す水冷ジ
ャケット（図示せず）が、ヒートシンクとして設けられ
ている。この水冷のヒートシンクと上記熱板２、３の半
導体サーモジュールとにより、発泡体試料１の上下面の
温度差を変えられる昇温冷却システムが構成されてい
る。この昇温冷却システムにおける半導体サーモジュー
ルに対する冷却水の水温と温度安定性により、装置の能
力が変化する。つまり、水温により設定温度が制限され
る。

【００２０】なお、図１において、符号８は厚さ計測機
構であり、例えばステッピングモータ８ａとボールねじ
機構８ｂ等にて構成されて、高温側熱板２を低温側熱板
３へ近づけて発泡体試料１に当接させることが可能な構
造で、その基準位置から発泡体試料１に当接するまでの
距離を発泡体試料１の厚さＬとして計測するものであ
る。

【００２１】以上の発泡体試料１、熱板２、３及び熱電
対６、７を含んで測定ヘッド９が構成されている。

【００２２】この実施形態に示す測定装置の場合、測定
ヘッド９と演算制御ユニット１０とが一体化しており、
この測定装置本体部分即ち、測定ヘッドと演算制御ユニ
ット１０を、一点鎖線枠で示す温度の安定した低温槽か
ら成る恒温室１１（以下に恒温槽１１という）内に入れ
ている。

【００２３】測定装置本体１１内の演算制御ユニット１
０はマイクロプロセッサを内蔵しており、測定条件の設
定はキーボードより行い、最高９点までの温度設定がで
きるようになっている。１３は演算制御ユニット１０に
接続されたデータ処理プリンタであり、熱伝導率の測定
結果をプリントアウトする。

【００２４】上記恒温槽１１は、図２に示すように、一
対の表面板１４ａ間に断熱性心材例えば発泡ポリウレタ
ン等の断熱心材１４ｂを充填した断熱パネル１４にて形
成される天井１５と側壁１６及び床１７によって外部と
区画されると共に、側面の一部に例えばガラス等の断熱
性の透明部材にて形成される扉１８が開閉可能に装着さ
れて、外部と区画形成されている。また、恒温槽１１の
側壁１６の上部には恒温流体導入口１６ａが設けられて
おり、この恒温流体導入口１６ａと、外部に設置された
冷凍サイクルによる冷却装置４０とがダクト４１を介し
て接続されている。なお、恒温流体１６ａにはファン４
２が装着されており、このファン４２によって所定温度
の恒温流体即ち空気が恒温槽１１内に供給されるように
構成されている。

【００２５】このように構成される恒温槽１１内に、例
えば載置テーブル４３を配置して、この載置テーブル４
３上に、測定ヘッド９と演算制御ユニット１０を載置
し、恒温槽１１の外部にデータ処理プリンタ１３やモニ
タ（図示せず）を配置して、発泡体試料１の熱伝導率を
測定することができる。

【００２６】なお、上記説明では、恒温槽１１は、冷凍
サイクルによる冷却装置を具備する場合について説明し
たが、図１に二点鎖線で示すように、恒温水槽１２から
の冷却水を流す水冷ジャケット（図示せず）による冷却
装置を備えた構造としてもよい。

【００２７】測定原理は熱流計法（ＪＩＳ Ａ １４１
２，ＡＳＭ Ｃ５１８，ＩＳＯ ８３０１）で、試料を通
過する熱流量密度を起電力に換算できるように予め校正
された熱流計を用いて測定し、そのときの資料上下の温
度差を計測することにより熱伝導率を求めるものであ
る。

【００２８】上記したように熱板２、３には、既知の熱
流感度を有する熱流計４、５と温度測定用熱電対６、７
が埋め込まれている。この高温側熱板２及び低温側熱板
３間に、発泡体試料１をセットし、この熱板２、３の各
々の上面及び下面の温度を一定の温度差に保ち、かつ、
発泡体試料１の周囲をその平均温度に保ちながら、下記
の原理式（１）に従って当該発泡体試料１の熱伝導率の
計測をする。その際、測定ヘッド９及び演算制御ユニッ
ト１０から成る測定装置本体部分は恒温槽１１に入れ、
恒温槽１１により発泡体試料１の周囲温度を安定化した
低温にする。

【００２９】発泡体試料１の熱伝導率λは、発泡体試料
１と上下面の熱流密度ＱＨ、ＱＬと試料の両面の温度Ｔ
Ｈ，ＴＬの温度差ΔＴ（ΔＴ＝ＴＨ−ＴＬ）、および試
料の厚さＬより、下記の（１）式により求めることがで
きる。

【００３０】 λ＝［（ＱＨ＋ＱＬ）／２］・［Ｌ／ΔＴ］ … （１） 測定範囲は熱伝導率が０．００５−０．８Ｗ／ｍｋ（但
し、熱コンダクタンス１２Ｗ／ｍｋ以下）、温度は低温
側熱板（上面板）３で−２０℃〜５０℃、高温側熱板
（下面板）２で５〜７５℃の間で可変であり、プレハブ
冷凍冷蔵庫パネルのように、低温域での熱伝導率の値が
重要であるものについても、測定温度範囲が適合するも
のである。

【００３１】本装置は、スタート後、上下の熱流計４、
５の値の比較により定常状態になったのを確認し、測定
を行う。このことは操作が簡便で測定を短時間で行うこ
とができることを意味する。

【００３２】この発明者等は、低温の恒温槽１１内に測
定部（測定ヘッド９又はこれを含む測定装置本体部分）
を入れて測定する方法を検討した。ここでは、測定部を
５℃の恒温槽１１内に設置した場合をこの発明の実施形
態例とし、また、測定部を２３±２℃の室内に設置した
場合を従来の比較例とし、それぞれ測定部の結露の発生
状況ならびに結露が熱伝導率に与える影響を調べた。

【００３３】測定時の測定平均温度は−５℃と０℃の２
水準（−５℃から測定）とし、上下熱板２、３の温度差
を３０℃とした。測定は、測定部を５℃の恒温槽１１内
に設置した条件から行い、２３±２℃の条件は、前条件
の測定終了後、２３±２℃に調整した室内に約３０分間
以上保持した後に行った。

【００３４】ここで、測定平均温度とは上下熱板２、３
の設定可能な温度を使って測定できる最低平均測定温度
であり、例えば上熱板温度を−２０．０℃とし且つ下熱
板温度を１０．０℃に設定（上下熱板温度差３０℃）し
た場合、測定平均温度は両熱板温度の和の半分として計
算され−５℃となる。上下熱板温度差が３０℃の場合に
測定平均温度−５℃が得られる条件のケースとしては、
上記の場合の他、上熱板温度と下熱板温度の設定が−２
０．０℃と１０．０℃の場合、−１５．０℃と１５．０
℃の場合、−５．０℃と２５．０℃の場合、５．０℃と
３５．０℃の場合、１５．０℃と４５．０℃の場合等が
あるが、ここでは目的の冷蔵倉庫の使用温度に近づけ
て、上熱板温度−２０．０℃及び下熱板温度１０．０℃
に設定した場合を用い、測定平均温度−５℃とした。測
定平均温度０℃を得る場合も同様である。

【００３５】次に、上下熱板温度差を３０℃としたが、
これは次の理由による。即ち、実パネルの使用温度でみ
ると、パネル厚さ４２ｍｍでは庫内最低温度が−５℃
（パネル厚さが大きくなれば庫内最低温度は低くなる）
であり、庫外温度を３０℃とすると３５℃の温度差にな
る。この温度差はパネル厚さが大きくなるほど大きくな
ることから、測定温度差はなるべく大きくとった方がよ
いことになる。従って、標準的な上下熱板温度差は３０
℃とした。

【００３６】なお、発泡体試料１のウレタンフォームは
フォームが剥き出しの状態で管理すると、熱伝導率が徐
々に上昇する。これは、発泡剤ガスが空気中に揮散し空
気と置換されることによるものである。そこで、測定試
料を作製する直前まで表面材、枠材でカバーされたパネ
ルの状態で保管し、切断面はフォームの剥き出し部がな
いようアルミ箔テープを貼付した。測定試料の作製は、
バンドソーで所定の寸法に切断し、暫定的に２３±２℃
の恒温室内に１日保管した。これは測定は本来、試料作
製直後に測定することが望ましいが、測定試料作製中や
測定中（２〜３時間かかる）でも熱伝導率は徐々に変化
していること、試料作製直後では寸法が安定しない場合
があること等の理由からである。

【００３７】表１に熱伝導率の測定結果を示す。

【００３８】

【表１】 表１から判るように、測定後の測定部の観察では、比較
例の２３±２℃の雰囲気温度では結露が生じる。これに
対し、この発明の５℃の雰囲気の恒温槽１１内で測定し
た場合には、結露が生じないことを確認した。また、測
定結果の熱伝導率値にも、比較例とこの発明の場合とで
相異が認められる。

【００３９】即ち、実際の使用状態に近い低温側−２０
℃及び高温側１０℃における断熱材の低温域（測定平均
温度−５℃、０℃）の熱伝導率の測定でも、低温側熱板
３に結露を生じさせない状態で、発泡体試料１の熱伝導
率を測定することができる。また低温側熱板３に結露が
生じないことから、従来結露が生じた場合に必要であっ
た装置の乾燥工程をなくすことができる。従って、装置
のメンテナンスに手数がかからない。また低温側熱板３
に結露が生じないことから、発泡体試料１が冷蔵倉庫等
の断熱壁のパネルとして使用されている状態を正しく反
映した正確な低温域の熱伝導率測定データを得ることが
できる。

【００４０】上記実施形態では、発泡体試料の両面に半
導体の昇温冷却モジュールから成る熱板２，３を配置す
ると共に、発泡体試料１の上面及び下面にそれぞれ熱流
計４，５及び温度センサとしての熱電対６、７を設け、
各々の上面及び下面の温度を一定の温度差に保ち、かつ
発泡体試料１の周囲をその平均温度に保ちながら、所与
の原理式に従って当該発泡体試料１の熱伝導率を求める
熱伝導率測定方法において、上記発泡体試料１、熱板
２，３及び温度センサを含む測定ヘッド９又は測定装置
本体１１部分を恒温槽１１の中に配設し、低温域の熱伝
導率の測定を行う形態について説明した。

【００４１】しかし、この発明はこの形態に限定される
ものではない。例えば、この種の発泡体の熱伝導率測定
装置としては、発泡体から成る２つ割りの発泡体試料の
間に細線ヒータと熱電対を挟み、ヒータに一定電力を印
加したときの時間に対する発泡体試料内温度を測定して
行き、このときの温度が時間の対数に比例することから
熱伝導率を求めるいわゆる熱線法熱伝導率測定装置が知
られており、このような熱伝導率測定にも適用できるも
のである。

【００４２】また、上記実施形態では、発泡体試料１を
水平に配置する場合について説明したが、発泡体試料１
の配置形態は任意でよく、例えば垂直に配置してもよ
い。

【００４３】また、発泡体試料（発泡樹脂）中に発熱体
を配置し、これに一定の電力を供給し続けることによっ
て、発生するジュール熱が発泡体試料に伝導されてゆく
際の発熱体の温度上昇過程を温度センサにより計測し、
これを所与の原理式に従って解析することにより当該発
泡体試料の熱伝導率を求める熱伝導率測定方法も知られ
ており、このような方法の熱伝導率測定にも適用できる
ものである。

【００４４】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の発泡
体試料の熱伝導率測定方法及び測定装置によれば、発泡
体試料、熱板及び温度センサを含む測定ヘッド又は測定
装置本体部分を低温の恒温室内に配設し、低温域の熱伝
導率の測定を行うようにしているので、以下のような優
れた効果が得られる。

【００４５】実際の使用状態又はこれに近い低温域の断
熱材の熱伝導率測定でも、低温側熱板に結露を生じさせ
ない状態で、発泡体試料の熱伝導率を測定することがで
きる。

【００４６】また低温側熱板に結露が生じないことか
ら、従来結露が生じた場合に必要であった装置の乾燥工
程をなくすことができる。従って、装置のメンテナンス
に手数がかからない。

【００４７】また低温側熱板に結露が生じないことか
ら、発泡体試料が冷蔵倉庫等の断熱壁のパネルとして使
用されている状態を正しく反映した正確な低温域の熱伝
導率測定データを得ることができる。よって、各種発泡
体における温度と熱伝導率との関係を的確に把握するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る熱伝導率測定装置の概略構成図
である。

【図２】上記熱伝導率測定装置の概略断面図である。

【図３】この発明の熱伝導率の測定対象に係る発泡体を
用いた冷蔵倉庫の全体の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 発泡体試料 ２ 高温側熱板 ３ 低温側熱板 ４、５ 熱流計 ６、７ 熱電対 ８ 厚さ計測機構 ９ 測定ヘッド １０ 演算制御ユニット １１ 恒温槽（恒温室） １２ 恒温水槽 １３ データ処理プリンタ １４ 断熱パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G040 AB09 BA02 BA25 CA02 CB03 CB14 DA03 DA13 EA07 EA08 EB02 EC03 HA16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡体試料の両面に半導体の昇温冷却モ
   ジュールから成る熱板を配置すると共に、発泡体試料の
   両面にそれぞれ熱流計及び温度センサを設け、各々の面
   の温度を一定の温度差に保ち、かつ発泡体試料の周囲を
   その平均温度に保ちながら、所与の原理式に従って当該
   発泡体試料の熱伝導率を求める熱伝導率測定方法におい
   て、 前記発泡体試料、熱板及び温度センサを含む測定ヘッド
   又は測定装置本体部分を低温の恒温室内に配設し、低温
   域の熱伝導率の測定を行うことを特徴とする発泡体試料
   の熱伝導率測定方法。
2. 【請求項２】 発泡体試料の両面に半導体の昇温冷却モ
   ジュールから成る熱板を配置し、その一方を高温側熱板
   とし他方を低温側熱板とし、この高温側熱板及び低温側
   熱板に既知の熱流感度を有する熱流計と温度センサを埋
   め込んで、各々の面の温度を一定の温度差に保ち、かつ
   発泡体試料の周囲をその平均温度に保ちながら、所与の
   原理式に従って当該発泡体試料の熱伝導率を求める熱伝
   導率測定装置において、 前記発泡体試料、熱板及び温度センサを含む測定ヘッド
   又は測定装置本体部分を、断熱パネルにて外部と区画さ
   れる低温の恒温室内に配設したことを特徴とする発泡体
   試料の熱伝導率測定装置。