JP2015118012A - Specific heat-measuring device and specific heat-measuring method of test body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試験体、例えば潜熱蓄熱体や他の材料等の見かけの比熱を測定・算出するようにした試験体の比熱測定装置と比熱測定方法に関するものである。 The present invention relates to a specific heat measuring device and a specific heat measuring method for a test body, which are designed to measure and calculate the apparent specific heat of a test body, such as a latent heat storage body and other materials.
近年、地球温暖化が世界的に進んでいることに対し、化石燃料の燃焼や排熱を削減して二酸化炭素の排出を削減することで省エネルギーと温暖化の抑制が進められている。二酸化炭素排出量の削減のために再生可能エネルギーである太陽熱利用は各分野で重要である。例えば、建物の分野においても、消費エネルギーを削減するために、天井や床や壁等に断熱材を配設すると共に潜熱の吸収と放出を効率的に制御して、省エネルギー効果を促進することが進められている。 In recent years, global warming has progressed globally, and energy saving and suppression of global warming have been promoted by reducing combustion of fossil fuels and exhaust heat to reduce carbon dioxide emissions. The use of solar heat, which is a renewable energy, to reduce carbon dioxide emissions is important in each field. For example, in the field of buildings, in order to reduce energy consumption, heat insulation is arranged on the ceiling, floor, walls, etc., and the absorption and release of latent heat is efficiently controlled to promote the energy saving effect. It has been.
相変化によって多量の熱を蓄えたり放出したりできる潜熱蓄熱材は、省エネルギー効果が高いため、様々な分野で利用されている。特に、ビルや住宅等の建築物の分野等では、潜熱蓄熱材は、太陽熱利用の1つの手段であり、しかも冷暖房のエネルギーを節約して省エネルギー効果を促進する材料として知られている。例えば、特許文献1に記載された蓄熱性建材では、建築物の壁材や床材となる基材と潜熱蓄熱材を含む蓄熱シートとを貼り合せて、建材として用いている。
A latent heat storage material capable of storing and releasing a large amount of heat by phase change has a high energy saving effect and is used in various fields. In particular, in the field of buildings such as buildings and houses, a latent heat storage material is one means of using solar heat, and is known as a material that saves energy for air conditioning and promotes energy saving effects. For example, in the heat storage building material described in
潜熱蓄熱材やその他の資材を、住宅等の建材として用いる場合、各種の素材がどのような蓄熱性能及び放熱性能を有するかを予め測定し、住宅のどの場所にどのように用いれば省エネ性能を効果的に発揮できるかを検討する必要がある。
そのため、各種の建材や潜熱蓄熱材の見かけの比熱や潜熱量を測定・算出する方法として、例えば図7に示す比熱測定装置1が知られている。この比熱測定装置1は、一般的な建築材料の比熱測定に用いられる断熱型熱量計の原理を用いたものであり、試験体2として潜熱蓄熱材を用い、この試験体2の中央に予め加工形成した穴内に熱電対3の接合点を取り付けて試験体2の外側面にはヒーター4を密着させる。
When using latent heat storage materials and other materials as building materials for homes, etc., measure in advance what kind of heat storage performance and heat dissipation performance each type of material has, and how to use it in which location in the home to save energy It is necessary to consider whether it can be effectively demonstrated.
Therefore, for example, a specific
そして、試験体2とヒーター4を収納した内部容器5と、その外側に設置した断熱容器6と、更にその外側に設置した外部容器7とを備え、外部容器7の内側には保護ヒータ―8が設置されている。保護ヒータ―8は断熱容器6と内部容器5との間の空間を内部容器5の内部空間と同一温度になるように加熱制御し、この空間の温度を示差熱電対9によって測定して保護ヒーター8の出力を断熱制御装置10でフィードバック制御することによって、内部容器5内の熱が外側へ流出することをなくす。なお、この比熱測定装置1は、比熱が既知の材料で予め比熱を測定して、比熱測定装置1の熱容量を校正熱量として算出しておくものとする。
Then, an
この比熱測定装置1を用いた比熱測定方法では、ヒーター4に一定電力を与えて試験体2を加熱し、試験体2の温度を試験体2の相変化の帯域より低い温度状態から高い温度状態まで徐々に上昇させるように制御する。ヒーター4は直流電源装置11によって加熱制御し、熱電対3で測定する試験体2の温度変化はデータロガー12に出力して、下式(2)によって見かけの比熱を算出するようにした。
In the specific heat measurement method using the specific
ここで、ヒーター4の発熱量をQ(W)、試験体2の質量をM(g)、試験体2の上昇する温度をΔθ(K)、Δθの温度上昇に要する時間をΔt(s)、校正熱量をM´・c´(J/K)とし、見かけの比熱c(J/(g・K))を下記(2)式で求める。得られた試験体2の見かけの比熱cから、相変化で蓄えられる潜熱量を算出することができる。なお、比熱とは、材料の温度を1℃上昇させるために必要な熱量を材料の単位当たりの値として示すものをいい、見かけの比熱とは、この比熱に潜熱の熱量が加わったものをいう。
Here, the calorific value of the
しかしながら、上述したヒーター4と保護ヒータ―8を利用した比熱測定装置1は試験体2が温度上昇して相変化する領域では見かけの比熱を測定可能であるが、試験体2が温度降下して相変化する領域では、加熱温度を制御するヒーター4と保護ヒーター8によって温度調節ができないため、見かけの比熱を測定できない欠点があった。一方、潜熱蓄熱材を含む建材等では、潜熱蓄熱材を他の一般建材に一部混合させたものが多く、温度上昇する際における吸熱量の変化だけでなく、温度降下する際における放熱量の変化も重要な要素である。そのため、温度降下の際における相変化による見かけの比熱や蓄熱量を測定できないと、潜熱蓄熱材等を含む建材や各種の素材等の吸熱特性や放熱特性を把握できないという欠点があった。
However, the specific
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、各種の試験体の温度上昇時と温度降下時における見かけの比熱を測定できるようにした試験体の比熱測定装置と比熱測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a specific heat measurement device and a specific heat measurement method for a test specimen that can measure the apparent specific heat at the time of temperature rise and temperature drop of various specimens. The purpose is to do.
本発明による試験体の比熱測定装置は、試験体と、試験体の温度を上昇及び降下させる流体を有する加熱部材と、試験体と加熱部材との間に配設された熱流計と、試験体の温度を測定する熱電対とを備え、熱電対で測定した試験体の温度と熱流計で測定した熱流量とに基づいて、試験体の見かけの比熱を算出するようにしたことを特徴とする。
本発明による試験体の比熱測定装置は、温度を上昇及び下降させることのできる流体を加熱部材に備えているため、流体によって加熱部材の温度を昇降可能で熱流計を通して試験体に伝達することができ、試験体の温度を上昇させることで相変化させて蓄熱させ、そして試験体の温度を降下させることで相変化させて放熱させることができるため、熱電対で測定する試験体の温度と熱流計で測定する熱流量とに基づいて、温度上昇時と温度下降時における試験体の見かけの比熱を測定・演算できる。
A specific heat measuring apparatus for a test body according to the present invention includes a test body, a heating member having a fluid for raising and lowering the temperature of the test body, a heat flow meter disposed between the test body and the heating member, and the test body. And a thermocouple that measures the temperature of the specimen, and the apparent specific heat of the specimen is calculated based on the temperature of the specimen measured by the thermocouple and the heat flow rate measured by the heat flow meter. .
The specific heat measuring device for a test body according to the present invention includes a fluid capable of raising and lowering the temperature in the heating member, so that the temperature of the heating member can be raised and lowered by the fluid and transmitted to the test body through a heat flow meter. It is possible to store the heat by changing the phase by increasing the temperature of the specimen, and to dissipate the heat by changing the phase by lowering the temperature of the specimen, so the temperature and heat flow of the specimen measured with a thermocouple Based on the heat flow measured by the meter, it is possible to measure and calculate the apparent specific heat of the specimen when the temperature rises and when the temperature falls.
また、加熱部材に循環させる流体の温度を上昇及び降下させる恒温流体供給手段を備え、恒温流体供給手段には、流体を相変化の前後の温度に亘って上昇させる加熱手段と、流体を相変化の前後の温度に亘って下降させる冷却手段とを備えることが好ましい。
温度上昇時には、恒温流体供給手段の加熱手段で流体の温度を上昇させて加熱部材に供給して循環させることで、加熱部材の温度を上昇させて試験体に伝達することができ、温度降下時には、恒温流体供給手段の冷却手段で流体の温度を降下させて加熱部材に供給して循環させることで、加熱部材の温度を降下させて試験体に伝達することができる。
In addition, a constant temperature fluid supply means for raising and lowering the temperature of the fluid circulated through the heating member is provided, and the constant temperature fluid supply means includes a heating means for raising the fluid over the temperature before and after the phase change, and a phase change of the fluid. It is preferable to provide cooling means for lowering the temperature before and after the temperature.
When the temperature rises, the temperature of the fluid is raised by the heating means of the constant temperature fluid supply means, supplied to the heating member and circulated, so that the temperature of the heating member can be raised and transmitted to the test body. The temperature of the fluid is lowered by the cooling means of the constant temperature fluid supply means, supplied to the heating member and circulated, so that the temperature of the heating member can be lowered and transmitted to the specimen.
また、試験体と加熱部材と熱流計とを収容して内部の雰囲気温度を流体の温度と同等に制御する恒温恒湿室を備えることが好ましい。
試験体と加熱部材と熱流計を恒温恒湿室に収容して内部の雰囲気温度を流体の温度と同等に制御することで、加熱部材の温度が周囲に逃げることを防止して効率よく試験体に伝達できる。
Moreover, it is preferable to provide a constant temperature and humidity chamber that accommodates the test body, the heating member, and the heat flow meter and controls the internal atmosphere temperature to be equal to the temperature of the fluid.
The test body, heating member, and heat flow meter are housed in a constant temperature and humidity chamber, and the internal atmosphere temperature is controlled to be equal to the temperature of the fluid. Can communicate to.
また、試験体は、熱電対を挟む複数の試験体片からなることが好ましい。
試験体を複数の試験体片に分割して熱電対を挟んで密着させることで、試験体を加工することなく中心の温度を熱電対で測定できる。
Moreover, it is preferable that a test body consists of a several test body piece which pinches | interposes a thermocouple.
By dividing the test body into a plurality of test body pieces and putting them in close contact with a thermocouple, the center temperature can be measured with the thermocouple without processing the test body.
また、恒温流体供給手段によって、試験体の温度を相変化の前後に亘って上昇させることで試験体の上昇工程における見かけの比熱を算出することが好ましい。
恒温流体供給手段で加熱部材に循環させる流体の温度を上昇させることで、加熱部材から熱流計を介して伝達する試験体の温度が上昇し、試験体の相変化領域で熱流量が最大となり、熱電対による試験体の温度と熱流計の温度の測定値に基づいて、試験体の上昇工程における見かけの比熱を測定することができる。
Moreover, it is preferable to calculate the apparent specific heat in the step of raising the specimen by raising the temperature of the specimen before and after the phase change by the constant temperature fluid supply means.
By increasing the temperature of the fluid circulated to the heating member by the constant temperature fluid supply means, the temperature of the test body transmitted from the heating member via the heat flow meter rises, and the heat flow becomes maximum in the phase change region of the test body, The apparent specific heat in the ascending process of the specimen can be measured based on the measured value of the temperature of the specimen and the temperature of the heat flow meter by the thermocouple.
また、恒温流体供給手段によって、試験体の温度を相変化の前後に亘って降下させることで試験体の下降工程における見かけの比熱を算出することが好ましい。
恒温流体供給手段で加熱部材に循環させる流体の温度を降下させることで、加熱部材から熱流計を介して伝達する試験体の温度が降下し、試験体の相変化領域で熱流量が最小となり、熱電対による試験体の温度と熱流計の温度の測定値に基づいて、試験体の下降工程における見かけの比熱を測定することができる。
In addition, it is preferable to calculate the apparent specific heat in the lowering process of the specimen by lowering the temperature of the specimen before and after the phase change by the constant temperature fluid supply means.
By lowering the temperature of the fluid circulated to the heating member by the constant temperature fluid supply means, the temperature of the test body transmitted from the heating member via the heat flow meter is lowered, and the heat flow is minimized in the phase change region of the test body, The apparent specific heat in the descending process of the test body can be measured based on the measured value of the temperature of the test body and the temperature of the heat flow meter by the thermocouple.
また、下記(1)式によって、試験体の見かけの比熱を算出することができる。
また、試験体は潜熱蓄熱材であってもよい。
試験体が潜熱蓄熱材であれば、温度の上昇工程における相変化時に潜熱の蓄熱を行え、下降工程における相変化時に蓄熱した潜熱の放熱を行える。
Further, the test body may be a latent heat storage material.
If the test body is a latent heat storage material, the latent heat can be stored during the phase change in the temperature increasing process, and the latent heat stored during the phase change in the decreasing process can be released.
本発明による試験体の比熱測定方法は、昇温工程において、加熱部材に流れる流体によって試験体の温度を上昇させて相変化の前後に亘って試験体の温度を測定すると共に、加熱部材から試験体に伝達される熱流量を測定し、
降温工程において、加熱部材を流れる流体によって試験体の温度を降下させて相変化の前後に亘って試験体の温度を測定すると共に、加熱部材から試験体に伝達される熱流量を測定し、
測定された試験体の温度と熱流量とに基づいて、温度上昇時と降下時における試験体の見かけの比熱を算出するようにしたことを特徴とする。
本発明による試験体の比熱測定方法によれば、試験体に熱を伝達する加熱部材の温度を上昇させ、そして下降させることで、それぞれ測定された試験体の温度と熱流量とに基づいて、昇温工程と降温工程における試験体の見かけの比熱を算出することができる。また、この見かけの比熱を積分することで潜熱蓄熱量を算出できる。
The specific heat measurement method for a test specimen according to the present invention is a method for measuring the temperature of a test specimen before and after a phase change by increasing the temperature of the specimen by a fluid flowing through the heating member in the temperature raising step. Measure the heat flow transferred to the body,
In the temperature lowering step, the temperature of the test body is lowered by the fluid flowing through the heating member to measure the temperature of the test body before and after the phase change, and the heat flow transferred from the heating member to the test body is measured,
Based on the measured temperature and heat flow of the specimen, the apparent specific heat of the specimen at the time of temperature rise and fall is calculated.
According to the specific heat measuring method of the test body according to the present invention, the temperature of the heating member that transfers heat to the test body is raised and lowered, and based on the measured temperature and heat flow of the test body, respectively. The apparent specific heat of the test body in the temperature raising process and the temperature lowering process can be calculated. Further, the latent heat storage amount can be calculated by integrating the apparent specific heat.
また、下記(1)式によって、試験体の見かけの比熱を算出することができる。
本発明に係る比熱測定装置及び比熱測定方法によれば、流体によって加熱部材の温度を昇降させることで、試験体の相変化を含む前後の領域で温度上昇と温度降下をさせることができるから、昇温工程と降温工程における試験体の見かけの比熱と蓄熱量を算出することができて試験体の蓄熱と放熱の特性を検査することができる。 According to the specific heat measuring device and the specific heat measuring method according to the present invention, by raising and lowering the temperature of the heating member with a fluid, it is possible to increase and decrease the temperature in the region before and after the phase change of the test specimen. It is possible to calculate the apparent specific heat and heat storage amount of the test body in the temperature raising process and the temperature lowering process, and to inspect the heat storage and heat dissipation characteristics of the test body.
以下、本発明の実施形態による見かけの比熱測定装置と比熱測定方法について図1乃至図6を参照して説明する。
本実施形態による見かけの比熱測定装置20は、図1に示すように測定対象である、例えば板状をなす試験体21の両側の外面21bに、試験体21を加熱及び冷却して温度勾配を生じさせる加熱部材としての加熱板22がそれぞれ配設されている。試験体21の両外面21bと各加熱板22との間には例えばシート状の熱流計23が互いに密着して配設されている。熱流計23は加熱板22から試験体21に熱流を伝達することで、熱流計23の両面に発生する温度差を試験体21への熱流量として測定する。これら試験体21と一対の加熱板22と一対の熱流計23とで試験装置24を構成し、この試験装置24は筐体で密閉された恒温恒湿室25内に設置されている
Hereinafter, an apparent specific heat measuring device and a specific heat measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The apparent specific
試験体21は例えば同形同大の板状をなす2枚の試験体片21aからなり、各試験体片21aの間にその内面21c同士の温度を測定する熱電対26が密着して設置されている。熱電対26は、互いに当接する内面21cの中心と2つの外面21bとの3カ所に接合点を設置して、1カ所につき2点測定して平均値を測定値とする。図2に示す試験体片21aの内面21cでは、中心と中心から若干外れた位置の2点に熱電対26の接合点26a、26bが設置されている。これによって、試験体21の中心における温度を2点の平均値で測定できる。また、試験体21として、試験体片21aを2枚貼り合せることで、試験体21を穴加工することなく中心の温度を測定できる。
The
試験体21は、例えば硫酸ナトリウム10水和物を主成分とする蓄熱素材をプラスチックの容器に充填して板状の建材に成形したものを試験体片21aとした。試験体21としては、他にパラフィンをマイクロカプセル化して他の材料に混ぜたものでもよい。或いはこれらの潜熱蓄熱材に限定されることなく、その他の材料、例えば建材として用いられる合板や石膏ボード等を採用してもよい。
For the
また、一対の加熱板22は、配管27を介して恒温恒湿室25の外部に設置された恒温水槽28に接続されている。恒温水槽28内には流体である循環液として、例えば水が貯留され、加熱板22との間で配管27を介して循環させている。しかも、恒温水槽28には循環液の温度を上昇または下降させるために、加熱手段としてのヒーターと冷却手段としての冷凍機と(図示せず)が配設され、温度上昇時と温度降下時における加熱板22の温度を調整可能に管理している。加熱板22内には、例えば配管27が蛇行状態に湾曲して配設され、所定温度の循環液が循環することで加熱板22の温度を均一に制御している。
Further, the pair of
また、恒温恒湿室25には例えば図示しないエアコンが温度調整手段として設置されており、恒温恒湿室25内の温度を恒温水槽28内の温度と一致するように制御部29でコントロールしている。これによって、加熱板22の熱が恒温恒湿室25内の空気に伝達されずに試験体21に伝達されるように制御される。
また、熱電対26による試験体21の温度の測定値と、熱流計23による加熱板22から試験体21への熱流量の測定値とを、データロガー30に配線を介して送信して、見かけの比熱cを下記の式(1)により演算している。また、見かけの比熱cを温度によって積分することで試験体21の蓄熱量を演算することができる。
Further, for example, an air conditioner (not shown) is installed in the constant temperature and
In addition, the measured value of the temperature of the
本実施形態による見かけの比熱測定装置20は上述の構成を備えており、次に見かけの比熱測定方法について説明する。
まず、試験体21として、例えば下記表1に規定した硫酸ナトリウム10水和物をプラスチック容器に充填した2枚の試験体片21aで熱電対26を挟んで内面21c同士を密着させ、その両外面21bに熱流計23を介して加熱板22をそれぞれ密着させる。そして、この試験体21を含む試験装置24を恒温恒湿室25内に封入し、試験前に試験体21を含む試験装置24を相変化の温度より低い0℃付近で養生し、その温度で安定させる。
The apparent specific
First, as the
そして、恒温水槽28で昇温させた循環液を配管27を介して恒温恒湿室25内の加熱板22内に循環させ、加熱板22の温度を昇温させると共に、恒温恒湿室25内の雰囲気温度を恒温水槽28内の循環液の温度と同一温度に制御する。これによって、加熱板22の温度は恒温水槽28の温度と恒温恒湿室25内の温度と略同一温度に制御される。
昇温工程では、試験体21を一定速度で昇温させるために、恒温水槽28の温度を一定速度で上昇させて配管27を介して加熱板22の温度を昇温させ、熱流計23を介して試験体21に伝達させる。そして、試験体21を含む試験装置24の温度を徐々に上昇させ、例えば20℃〜30℃の範囲内にある相変化の温度を越えて試験体21の温度が60℃になるまで昇温させた。
Then, the circulating fluid heated in the constant
In the temperature raising step, in order to raise the temperature of the
つぎに、降温工程では、例えば試験装置24を60℃付近で養生させ、恒温水槽28の循環液の温度を冷凍機で低下させて、温度低下した循環液を配管27を通して加熱板22に搬送し、加熱板22の温度を低下させる。これと同時に恒温恒湿室25内の温度をエアコンで恒温水槽28の循環液の温度と略同一となるように低下させ、加熱板22の温度が熱流計23を介して試験体21に伝達される。
そして、恒温水槽28と恒温恒湿室25の雰囲気温度を次第に降下させることで、加熱板22を介して伝達される試験体21の温度が60℃から次第に降下し、20℃〜30℃の範囲内の相変化領域の温度を越えて試験体21の温度が0℃になるまで降下させた。
Next, in the temperature lowering step, for example, the
And the temperature of the
本実施形態の比熱測定装置20による比熱測定方法によれば、昇温工程と降温工程とにおいて、所定時間毎に、試験体21の中心の温度を熱電対26で測定し、加熱板22の温度と加熱板22から試験体21への熱流量を熱流計23で測定した。これによって、図3に示す結果が得られた。
According to the specific heat measuring method by the specific
図3において、加熱板22の温度である「加熱板温度」は昇温工程では0℃から60℃まで一様に上昇し、60℃付近での養生を行った後、降温工程では0℃まで一様に降下した。試験体21の中心温度である「試験体中心温度」は昇温工程において20℃〜30℃の相変化領域の段階で傾斜が緩やかに変化する傾向を示している。なお、降温工程においても「試験体中心温度」は一様な下り勾配の傾斜で温度変化すると共に、相変化領域の30℃近傍において、試験体21からの発熱が認められるため、一時的にこぶ状に温度上昇する変化を呈し、グラフの線形状が昇温工程と異なる結果となった。
図3に示す「試験体中心温度」に関し、降温工程におけるこぶ状の発熱部分は本実施形態で採用した試験体2だけにみられる特異な現象であるが、こぶ状の発熱部分を含めた降温工程の温度データの平均値に基づいて熱量を積算すると、図4に示す試験体中心温度の平均値と見かけ比熱との関係を示すデータが得られた。
図4の降温工程における見かけ比熱は試験体中心温度が25℃前後で45J/gKとピークになっており、図3に示すこぶの部分に対応する。本実施形態における試験体2は昇温時と降温時に全く異なる特性を示しており、このような結果は使用する潜熱蓄熱材の配合に起因すると思われる。
In FIG. 3, the “heating plate temperature”, which is the temperature of the
Regarding the “test body center temperature” shown in FIG. 3, the hump-like heat generation portion in the temperature lowering process is a unique phenomenon only seen in the
The apparent specific heat in the temperature lowering step of FIG. 4 has a peak of 45 J / gK when the center temperature of the specimen is around 25 ° C., and corresponds to the hump portion shown in FIG. The
また、熱流計23で測定した「熱流量」は、昇温工程において「加熱板温度」と「試験体中心温度」との差が大きいほど大きくなり、試験体21の中心温度20℃〜30℃の相変化領域で最大となった。なお、降温工程においても、「熱流量」と「試験体中心温度」との差は、試験体21の中心温度が20℃〜30℃の相変化領域で最大となり、「熱流量」は最小となった。
Further, the “heat flow rate” measured by the
これに対し、図7に示す従来技術の比熱測定装置1による比熱測定方法では、試験体2として、本実施形態による試験体21と同一のものを用い、しかも2枚の試験体片を熱電対3を挟んで密着させて、測定した。この比熱測定方法は従来技術の欄で説明したものと同一の測定方法で行った。
即ち、保護ヒーター8によって内部容器5と断熱容器6との間の空間の温度が同一になるように制御し、ヒーター4の加熱温度が試験体2にロスなく伝達されるようにした。そして、保護ヒータ―8の温度とヒーター4の温度を0℃の養生状態から上昇させて試験体2の温度を相変化領域を通過して上昇させ、60℃程度まで昇温させる。
On the other hand, in the specific heat measuring method by the specific
That is, the temperature of the space between the
そして、図5に、熱電対3で測定した「試験体中心温度」とヒーター4の温度である「ヒーター温度」との時間変化を示している。「試験体中心温度」は20℃〜30℃の間で傾斜がなだらかに変化しており、相変化による蓄熱が試験体2に発生していることが認められる。なお、ヒーター4に与える電力は一定であるが、試験体2の潜熱蓄熱効果によって温度が引っ張られてしまうため、「ヒータ温度」も「試験体中心温度」に沿った変化を呈している。
FIG. 5 shows the time change between the “test body center temperature” measured by the
そして、実施形態による比熱測定装置20による比熱測定方法をB,従来の比熱測定装置1による比熱測定方法をAとして、「試験体中心温度」の昇温工程における温度の測定値が安定しているとみなせる5°〜55℃の範囲を対象として、温度上昇(△θ)を1K毎に区切った見かけの比熱を上記(1)式と(2)式に従って算出した結果を示すと図6のグラフに示すようになる。
And the specific heat measurement method by the specific
図6で示す従来の比熱測定方法Aと実施形態の比熱測定方法Bにおいて、見かけの比熱は、温度との関係に多少のずれは見られるが、いずれも20℃〜30℃の範囲で発生しており、変化の傾向も概ね類似したカーブの特性を呈している。また、20℃〜30℃の範囲の相変位領域を除く両側の領域では試験体2、21の比熱はほぼ一致している。
そのため、本実施形態による比熱測定装置20における「試験体中心温度」の見かけの比熱の変化は、評価の定まった従来の比熱測定装置1による見かけの比熱の変化と略同一の曲線特性を呈するため、本実施形態による比熱測定装置20とその比熱測定方法Bが正しい特性を呈することを認識できる。
In the conventional specific heat measurement method A shown in FIG. 6 and the specific heat measurement method B of the embodiment, the apparent specific heat is somewhat different in relation to the temperature, but both occur in the range of 20 ° C. to 30 ° C. The tendency of the change also shows a similar curve characteristic. Moreover, the specific heats of the
Therefore, the change in the apparent specific heat of the “specimen center temperature” in the specific
次に、(1)式で得られた試験体21の見かけの比熱を温度によって積分することで、試験体21の蓄熱量を算出することができる。この蓄熱量から顕熱の成分を差し引けば潜熱蓄熱量を算出できる。
また、試行的に、「試験体中心温度」が5℃〜15℃の範囲における見かけの比熱の平均値を顕熱による試験体2、21の比熱の代表値とし、相変位領域である20℃〜30℃の範囲での見かけの比熱を(1)式、(2)式から算出し、更に試験体2、21の蓄熱量、試験体2、21の潜熱蓄熱量を算出した。また、見かけの容積比熱、その蓄熱量、潜熱蓄熱量についても算出し、これらの算出結果を表2に示した。
Next, the amount of heat stored in the
Further, as a trial, the average value of the apparent specific heat in the range where the “test body center temperature” is in the range of 5 ° C. to 15 ° C. is set as a representative value of the specific heat of the
上述のように本実施形態による比熱測定装置20によれば、昇温工程における温度に対する見かけの比熱が、従来の比熱測定装置1による見かけの比熱と同様な数値と変化特性を呈するため、見かけの比熱を精度よく算出できると認められる。
また、本実施形態では、加熱手段としてヒーター4や保護ヒータ―8を用いることなく、恒温水槽28で加熱板22に循環する循環液の加熱と冷却を自由にコントロールして昇温と降温を制御できるため、図6における昇温工程における見かけ比熱と従来測定できなかった降温工程における見かけ比熱(図4参照)とを測定・算出できて、任意の試験体21について見かけ比熱の測定・算出を行える。
As described above, according to the specific
Moreover, in this embodiment, without using the
しかも、試験体21として、中心をくりぬく穴加工を施すことなく、熱電対26の接合点を挟んで2枚の試験体片21aを貼り合せるだけで中心の温度を測定できる。そのため、潜熱蓄熱材だけでなく、一般材料、例えば合板や石膏ボード等の一般的な建材についても容易に見かけの比熱や潜熱蓄熱量を測定・算出できる。
また、試験体21を含む試験装置24を恒温恒湿室25内に設置し、内部の雰囲気温度を恒温水槽28の循環液の温度と同一になるように昇降制御したから、試験体21の小口からの熱の逃げや試験装置24の熱容量による測定のずれを補正できると共に、加熱板22の温度が外部に逃げることを抑制できて試験体21に伝達でき、測定誤差が生じにくい。
また、恒温恒湿室25を設けて試験装置24の周囲の雰囲気温度を循環液の温度とほぼ同一に制御することができるので、従来の比熱測定装置1に設けた断熱容器6が必要なく、構成がより簡単で測定精度が高い。
Moreover, the center temperature can be measured as the
In addition, since the
In addition, since the constant temperature and
なお、上述した実施形態では、試験体21を含む試験装置24を恒温恒湿室25内に収容して、雰囲気温度を恒温水槽28の循環液の温度と同一に制御したが、恒温恒湿室25を設けずにエアコンやヒーター等で試験装置24の周囲の雰囲気温度を恒温水槽28内の循環液と同一温度に制御するようにしてもよい。
また、恒温水槽28と配管27と加熱板22とを循環させる循環液として水を採用したが、ヒーター等の加熱手段で温度を上昇及び下降でき、加熱板22に熱伝達可能な流体であれば、水以外の液体や気体等でもよい。
また、恒温水槽28は恒温流体供給手段を構成する。
また、試験体21として2枚の試験体片21aを熱電対の接合点を挟んで貼り合せたが、試験体片21aは3枚以上の複数で構成してもよい。
In the above-described embodiment, the
Further, water is used as a circulating fluid for circulating the constant
The constant
Moreover, although the two
20 比熱測定装置
21 試験体
21a 試験体片
22 加熱板
23 熱流計
25 恒温恒湿室
26 熱電対
27 配管
28 恒温水槽
30 データロガー
20 Specific
Claims (10)
前記試験体に熱を伝達して該試験体の温度を上昇及び降下させる流体を有する加熱部材と、
前記試験体と加熱部材との間に設けた熱流計と、
前記試験体の温度を測定する熱電対とを備え、
前記熱電対で測定した試験体の温度と前記熱流計で測定した熱流量とに基づいて、前記試験体の見かけの比熱を算出するようにしたことを特徴とする試験体の比熱測定装置。 A specimen,
A heating member having a fluid that transfers heat to the specimen to raise and lower the temperature of the specimen;
A heat flow meter provided between the test body and the heating member;
A thermocouple for measuring the temperature of the specimen,
A specific heat measurement apparatus for a test specimen, wherein the apparent specific heat of the test specimen is calculated based on the temperature of the specimen measured by the thermocouple and the heat flow rate measured by the heat flow meter.
降温工程において、前記加熱部材に流れる流体によって試験体の温度を降下させて相変化の前後に亘って前記試験体の温度を測定すると共に、前記加熱部材から熱流計を介して前記試験体に伝達される熱流量を測定し、
測定された前記試験体の温度と熱流量とに基づいて、温度上昇時と降下時における前記試験体の見かけの比熱を算出するようにしたことを特徴とする試験体の比熱測定方法。 In the temperature raising step, the temperature of the test body is increased by the fluid flowing through the heating member to measure the temperature of the test body before and after the phase change, and is transmitted from the heating member to the test body via the heat flow meter. Measure the heat flow
In the temperature lowering step, the temperature of the test body is lowered by the fluid flowing through the heating member to measure the temperature of the test body before and after the phase change, and is transmitted from the heating member to the test body through a heat flow meter. Measured heat flow,
A specific heat measurement method for a specimen, wherein an apparent specific heat of the specimen at the time of temperature rise and drop is calculated based on the measured temperature and heat flow of the specimen.
The specific heat measurement method of the test body described in claim 9, wherein the apparent specific heat of the test body is calculated by the following equation (1).
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