JP2016169987A - 加熱試験装置および加熱試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験体を側面から加熱することができる加熱試験装置および加熱試験方法を提供する。【解決手段】試験体Ｃを加熱する試験に用いる加熱試験装置１０であって、試験体Ｃの側面Ｃ１に近接した位置に対向配置され、試験体Ｃを側面Ｃ１から加熱するヒーター１４を備えるようにする。ヒーター１４を側方に移動可能に構成し、ヒーター１４を試験体Ｃの側面Ｃ１に若干の隙間を有して対向配置可能にすることが望ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱試験装置および加熱試験方法に関し、特にコンクリート部材などの大型断面の構造部材の加熱試験に用いるのに好適な加熱試験装置および加熱試験方法に関するものである。

従来、構造部材の加熱試験に用いる加熱試験装置として、例えば特許文献１、２に記載のものが知られている。また、市販の加熱炉として、非特許文献１に記載のマッフル炉（最高温度１１５０℃、内法：３００×４００×２５０ｍｍ）や、非特許文献２に記載の大型高温オーブン（最高温度５００℃、内法：１５００×２５００×１３５０ｍｍ）などが知られている。

原子力発電所の事故を想定して、６００℃〜８００℃などの高温履歴を受けたコンクリート構造部材の加熱試験の需要が高まる可能性がある。熱の伝わり方や部材中の水分移動を考慮すると厳密には実物大での試験が必要であるが、従来は装置性能上の制約から実物大での試験を行うことは難しかった。

例えば、大型断面のコンクリート部材に対する加熱試験用の装置として上述したような市販の加熱炉の適用を考えた場合、十分な加熱性能と容量を有する製品は市販されていないこと、また、仮にそれらの条件を満たす加熱炉があったとしても、コンクリート部材の重量が大きく炉内への設置は非常に困難である。このため、こうした問題を解決し、大型断面のコンクリート部材に対する加熱試験を行える装置を新規に製作する必要がある。

また、従来の一般的なコンクリート部材の加熱試験では、殆どの場合において、試験体下部からの加熱方式が採用されている。これは、加熱用のヒーターの支持方法の都合によるものと推察される。こうした試験体下部からの加熱方式では、コンクリート部材から発生した水分によるヒーターの損傷や、壁を模擬したコンクリート部材の場合には壁の温度分布を模擬できなくなる懸念がある。このため、試験体側面から加熱する装置の開発が望まれる。

特開２０１２−８３２４４号公報 特開２００５−１８７２７５号公報

「ヤマト科学株式会社ホームページ マッフル炉」、［online］、［平成２７年２月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.yamato-net.co.jp/product/science/hightemp/muffle/fo.htm＞ 「ヤマト科学株式会社ホームページ 大型高温オーブン」、［online］、［平成２７年２月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.yamato-net.co.jp/product/science/industrial/oven/c118.htm＞

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、試験体を側面から加熱することができる加熱試験装置および加熱試験方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加熱試験装置は、試験体を加熱する試験に用いる加熱試験装置であって、試験体の側面に近接した位置に対向配置され、試験体を側面から加熱するヒーターを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の加熱試験装置は、上述した発明において、前記ヒーターを側方に移動可能に構成し、前記ヒーターを試験体の側面に若干の隙間を有して対向配置可能にしたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の加熱試験装置は、上述した発明において、前記ヒーターを支持する架台と、前記ヒーターの周囲を覆って前記ヒーターから前記架台に直接伝わる熱を断熱するための断熱材とをさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の加熱試験装置は、上述した発明において、前記架台を、鉄骨からなる軽量の骨組み構造で構成し、側方に移動可能にしたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の加熱試験装置は、上述した発明において、試験体がコンクリート部材であることを特徴とする。

また、本発明に係る加熱試験方法は、上述した加熱試験装置を用いて試験体の加熱試験を行うことを特徴とする。

本発明に係る加熱試験装置によれば、試験体を加熱する試験に用いる加熱試験装置であって、試験体の側面に近接した位置に対向配置され、試験体を側面から加熱するヒーターを備えるので、試験体を側面から加熱する試験を行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記ヒーターを側方に移動可能に構成し、前記ヒーターを試験体の側面に若干の隙間を有して対向配置可能にしたので、試験体を移動させることなく側面から容易に加熱することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記ヒーターを支持する架台と、前記ヒーターの周囲を覆って前記ヒーターから前記架台に直接伝わる熱を断熱するための断熱材とをさらに備えるので、ヒーターから架台への入熱を抑制することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記架台を、鉄骨からなる軽量の骨組み構造で構成し、側方に移動可能にしたので、装置の組み立ておよび移動を人力で容易に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、試験体がコンクリート部材であるので、例えば壁を模擬したコンクリート部材の加熱試験を適正に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る加熱試験方法によれば、上述した加熱試験装置を用いて試験体の加熱試験を行うので、試験体を側面から加熱する試験を簡便に行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る加熱試験装置および加熱試験方法の実施の形態を示す概略斜視図である。 図２は、本発明に係る加熱試験装置の要部分解斜視図である。 図３は、本発明に係る加熱試験装置の外観の一例を示す写真図である。 図４は、本発明に係る加熱試験装置に備わるヒーターの外観の一例を示す写真図である。 図５は、本発明に係る加熱試験装置および加熱試験方法による加熱試験状況の一例を示す写真図である。

以下に、本発明に係る加熱試験装置および加熱試験方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［加熱試験装置］
まず、本発明に係る加熱試験装置の実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る加熱試験装置の外観図、図２は、要部分解斜視図、図３は、加熱試験装置の外観の一例を示す写真図である。これらの図に示すように、本発明に係る加熱試験装置１０は、架台１２と、ヒーター１４と、断熱材１６と、外カバー１８と、内カバー２０とを備えている。

架台１２は、ヒーター１４を支持するためのキャスター付の架台であり、複数の溝形鋼２２（鉄骨）を組み合わせた軽量の骨組み構造からなる。この架台１２は、水平構面を形成する四角枠状の底部枠体２４と、底部枠体２４の内端（前端）側の一辺から鉛直上方に立ち上がり、鉛直構面を形成する四角枠状の側部枠体２６と、側部枠体２６の上端と底部枠体２４の外端（後端）を左右両端側で連結する２本の斜材２８とから構成される。底部枠体２４の底部四隅にはキャスター車輪３０が設けてあり、架台１２は床面上を前後左右（側方）に移動自在となっている。また、側部枠体２６の上下方向中央部には、等間隔で水平に取り付けられた３本の溝形鋼２２からなる支持部材３２が取り付けられている。なお、架台１２を構成する溝形鋼２２間の接合方法としては、ボルト接合や溶接接合を用いることができる。

ヒーター１４は、被加熱物であるコンクリート部材Ｃ（試験体）を側面Ｃ１から加熱するための発熱体である。このヒーター１４は、発熱の方向がコンクリート部材Ｃの配置される内方（前方）に向く態様で架台１２の側部枠体２６の支持部材３２に外カバー１８、断熱材１６、内カバー２０を介して支持固定される。このため、ヒーターは、架台を介して側方に移動可能であり、コンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に若干の隙間を有して対向配置可能である。ヒーター１４は、図外の制御部からの制御信号に基づいて発熱し、所定の温度まで昇温するようになっており、このヒーター１４をコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に近接した位置に対向配置すれば、コンクリート部材Ｃを側面Ｃ１から加熱することができる。ヒーター１４としては、例えば１０００℃程度まで短時間で昇温可能な小型で薄いマイクロセラミックヒーターなどの市販の電気式の面状発熱体を用いることができる。

本実施の形態のヒーター１４は、図２および図４に示すように、側面視で上下方向に３つ、左右方向に３つ並べられた合計９つの正方形枠状の発熱部３４にそれぞれ４つずつ配置される。各ヒーター１４は、小型で薄い長方形の面状発熱体からなり、発熱部３４の正方形の内周に沿って口の字状に配置される。このように、小型で薄い面状発熱体からなるヒーター１４を多数密集配置して用いれば、被加熱物がコンクリート部材Ｃのように大型部材であってもその側面Ｃ１から均一に加熱することが可能である。

なお、本発明においては、ヒーター１４の配置個数は上記の個数に限定されるものではない。例えばヒーター１４を１つの面状発熱体で構成してもよい。本実施の形態のように、分割した複数個のヒーター１４を採用すれば、各ヒーター１４に対する個別の制御ができるようになり、より高精度な温度制御が可能となる。

断熱材１６は、ヒーター１４から架台１２の支持部材３２に直接伝わる熱を遮断するためのものである。この断熱材１６は、前面の中央部に四角形状の凹部３６を有する四角板状のものである。凹部３６にはヒーター１４を覆う内カバー２０が挿入固定される。断熱材１６の後面および上下左右の側面は外カバー１８によって覆われる。このように断熱材１６は、内カバー２０を介してヒーター１４の発熱方向を除く周囲全体を覆い、ヒーター１４の上下左右、後方側などから架台１２の支持部材３２に直接伝わる熱を遮断する。こうすることで、ヒーター１４背面からの熱逸散を防ぐ。断熱材１６としては、例えばグラスウール、ロックウールなどの繊維系断熱材や、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、発泡ゴムなどの発泡系断熱材に代表される周知の断熱材を用いることができ、ヒーター１４の発熱温度に応じて選択できる。

外カバー１８は、断熱材１６の後面および上下左右の側面を覆ってこれを保持する四角箱状のものであり、その前面は開口し、後面は架台１２の支持部材３２にボルト等により固定される。外カバー１８は、断熱材１６を保持して支持部材３２に固定可能なものであれば、いかなる材料で構成してもよい。

内カバー２０は、ヒーター１４の後および上下左右を覆ってこれを保持する四角箱状のものであり、その前面は開口し、後面は断熱材１６の凹部３６に挿入固定される。内カバー２０は、ヒーター１４の発熱温度に関わらず温度変形することなくヒーター１４を保持して断熱材１６に固定可能なものであれば、いかなる材料で構成してもよい。

上記構成の動作および作用について説明する。
まず、加熱試験装置１０の前方の間隔を空けた位置の床面に、試験体としてのコンクリート部材Ｃを据え付け設置する。ここで、試験体であるコンクリート部材Ｃの寸法・形状として例えば高さ１ｍ×幅１ｍ×厚さ０．３ｍ程度の直方体ブロックを想定し、試験体の側面Ｃ１として高さ１ｍ×幅１ｍからなる面を想定するが、本発明はこれに限るものではない。また、コンクリート部材Ｃは、図５に示すように、床面に据え付けた基台３８上に四角枠状の断熱材４０を設け、この枠内にコンクリート部材Ｃを内挿固定してもよい。このようにすれば、コンクリート部材Ｃの上下左右の周囲は断熱材４０によって覆われる。なお、断熱材４０は上記の断熱材１６と同様な材料で構成できる。

続いて、図１等に示すように、加熱試験装置１０の架台１２を手押ししてキャスター車輪３０で前方のコンクリート部材Ｃに向けて動かし、支持部材３２に固定されたヒーター１４の発熱面を、コンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に若干の間隔（例えば数ｃｍ）を隔てて対向配置する。ヒーター１４の発熱面とコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１とが正対し、かつ近接した状態となるように架台１２の位置を微調整した後、動かないように床面に固定する。この場合、例えば図５に示すように、架台１２の斜材２８とコンクリート部材Ｃの基台３８との間を鋼製パイプ４２で連結固定してもよい。

図示しない温度分布計測装置を起動するとともに、ヒーター１４のスイッチをオンにする。時間の経過とともにヒーター１４が昇温して、高温（例えば８００℃）にてコンクリート部材Ｃが側面Ｃ１から加熱される。

このように、ヒーター１４を組み込んだキャスター付の架台１２を手押しして、ヒーター１４をコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に近接配置することで、コンクリート部材Ｃを移動させることなく側面Ｃ１から容易に加熱することができる。また、内カバー２０と外カバー１８によってヒーター１４を内外両方から二重に覆い、その間に断熱材１６を配置することで、ヒーター１４から架台１２の支持部材３２への入熱を抑制することができる。

また、加熱試験装置１０の架台１２は、鉄骨からなる軽量の骨組み構造であり、軽量化に配慮されていることから、組み立てを人力で容易に行うことができる。さらに、この架台１２はキャスター付の架台であることから、人力による手押し操作等によって容易に側方向に移動することができる。

このように、本実施の形態によれば、断熱材１６の働きによって加熱試験中にヒーター１４の周囲が高温になるようなことはなく、さらに、ヒーター１４によって加熱されるコンクリート部材Ｃから発生する水蒸気は、内カバー２０とコンクリート部材Ｃの間の隙間から排出され得る。このため、水蒸気を起因とした水分によるヒーター損傷のおそれは低くなり、コンクリート部材Ｃに対する高温の加熱試験を適正に行うことが可能である。また、試験体の側面から加熱できるため、壁を模擬したコンクリート部材に対する加熱試験を適正に行うことが可能である。

［加熱試験方法］
次に、本発明に係る加熱試験方法の実施の形態について説明する。

本発明に係る加熱試験方法は、上述した加熱試験装置１０を用いてコンクリート部材Ｃ（試験体）の側面Ｃ１に対する加熱試験を行うものである。図５は、本発明による加熱試験状況の一例を示したものである。この図に示すように、本発明に係る加熱試験方法では、まず、床面上に試験体であるコンクリート部材Ｃを設置しておく。この場合、コンクリート部材Ｃが予め内挿固定された四角枠状の断熱材４０を、床面に据え付け固定してある基台３８上に設置するようにしてもよい。

続いて、図１等に示すように、加熱試験装置１０の架台１２を手押ししてキャスター車輪３０で前方のコンクリート部材Ｃに向けて動かし、支持部材３２に固定されたヒーター１４の発熱面を、コンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に若干の間隔（例えば数ｃｍ）を隔てて対向配置する。ヒーター１４の発熱面とコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１とが正対し、かつ近接した状態となるように架台１２の位置を微調整した後、動かないように床面に固定する。図５の例では、架台１２の斜材２８とコンクリート部材Ｃの基台３８との間を鋼製パイプ４２で連結固定することで、床面に固定している。

次に、図示しない温度分布計測装置を起動するとともに、ヒーター１４のスイッチをオンにする。時間の経過とともにヒーター１４が昇温して、高温（例えば８００℃）にてコンクリート部材Ｃが側面Ｃ１から加熱される。このようにすることで、コンクリート部材Ｃを側面Ｃ１から加熱する試験を簡便に行うことができる。

なお、図５の例では、コンクリート部材Ｃの前後両側に２つの加熱試験装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を設置し、それぞれのヒーターの発熱面をコンクリート部材Ｃの前後両側面Ｃ１に対向配置した例を示している。ここで、奥側の加熱試験装置１０Ａのヒーターはコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１に近接して、加熱試験が可能な状態であるのに対し、手前側の加熱試験装置１０Ｂのヒーターは奥側のヒーターに比べて発熱面とコンクリート部材Ｃの側面Ｃ１との間の間隔が大きく開いており、加熱試験を行わない休止状態となっている。このように、コンクリート部材Ｃの前後両側に２つの加熱試験装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を配置すれば、奥側の加熱試験装置１０Ａでコンクリート部材Ｃの後面を加熱する試験を行った後、奥側の加熱試験装置１０Ａの架台１２をコンクリート部材Ｃから遠ざけるとともに、手前側の加熱試験装置１０Ｂの架台１２をコンクリート部材Ｃに向けて接近させ、手前側の加熱試験装置１０Ｂでコンクリート部材Ｃの前面を加熱する試験を行うことが可能である。このようにすれば、コンクリート部材Ｃの前後両側面に対する加熱試験を効率的に実施することが可能である。

以上説明したように、本発明に係る加熱試験装置によれば、試験体を加熱する試験に用いる加熱試験装置であって、試験体の側面に近接した位置に対向配置され、試験体を側面から加熱するヒーターを備えるので、試験体を側面から加熱する試験を行うことができる。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記ヒーターを側方に移動可能に構成し、前記ヒーターを試験体の側面に若干の隙間を有して対向配置可能にしたので、試験体を移動させることなく側面から容易に加熱することができる。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記ヒーターを支持する架台と、前記ヒーターの周囲を覆って前記ヒーターから前記架台に直接伝わる熱を断熱するための断熱材とをさらに備えるので、ヒーターから架台への入熱を抑制することができる。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、前記架台を、鉄骨からなる軽量の骨組み構造で構成し、側方に移動可能にしたので、装置の組み立ておよび移動を人力で容易に行うことができる。

また、本発明に係る他の加熱試験装置によれば、試験体がコンクリート部材であるので、例えば壁を模擬したコンクリート部材の加熱試験を適正に行うことができる。

また、本発明に係る加熱試験方法によれば、上述した加熱試験装置を用いて試験体の加熱試験を行うので、試験体を側面から加熱する試験を簡便に行うことができる。

以上のように、本発明に係る加熱試験装置および加熱試験方法は、構造部材の加熱試験に有用であり、特に、コンクリート部材などの大型断面の試験体を側面から加熱するのに適している。

１０ 加熱試験装置
１２ 架台
１４ ヒーター
１６ 断熱材
１８ 外カバー
２０ 内カバー
２２ 溝形鋼（鉄骨）
２４ 底部枠体
２６ 側部枠体
２８ 斜材
３０ キャスター車輪
３２ 支持部材
３４ 発熱部
３６ 凹部
３８ 基台
４０ 断熱材
４２ 鋼製パイプ
Ｃ コンクリート部材（試験体）
Ｃ１ 側面

Claims (6)

1. 試験体を加熱する試験に用いる加熱試験装置であって、
   試験体の側面に近接した位置に対向配置され、試験体を側面から加熱するヒーターを備えることを特徴とする加熱試験装置。
2. 前記ヒーターを側方に移動可能に構成し、前記ヒーターを試験体の側面に若干の隙間を有して対向配置可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の加熱試験装置。
3. 前記ヒーターを支持する架台と、前記ヒーターの周囲を覆って前記ヒーターから前記架台に直接伝わる熱を断熱するための断熱材とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱試験装置。
4. 前記架台を、鉄骨からなる軽量の骨組み構造で構成し、側方に移動可能にしたことを特徴とする請求項３に記載の加熱試験装置。
5. 試験体がコンクリート部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の加熱試験装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の加熱試験装置を用いて試験体の加熱試験を行うことを特徴とする加熱試験方法。