JP3315368B2 - 熱伝導率測定装置及び測定方法 - Google Patents
熱伝導率測定装置及び測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば耐熱材料、
耐火材料等の物質の熱伝導率を測定する装置及びこれを
用いた測定方法に関するものである。
耐火材料等の物質の熱伝導率を測定する装置及びこれを
用いた測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、物質の熱伝導率はその物質（試験
体）に熱を流すことで測定される。その測定法として
は、平板直接法、周期加熱法、平板比較法及び熱流対流
法等がある。平板直接法（ＧＨＰ法）は、平板状（直方
体）である試験体の厚さ方向の熱伝導率を測定するもの
で、試験体の一方の面を高温度とし、他方の面を低温度
とする。すると、高温度である一方の面（加熱側）から
低温度である他方の面（低温側）に向かって、すなわ
ち、厚さ方向に所定の熱量が流れる（但し、試験体の端
部からの熱の流出はないものとする）。
体）に熱を流すことで測定される。その測定法として
は、平板直接法、周期加熱法、平板比較法及び熱流対流
法等がある。平板直接法（ＧＨＰ法）は、平板状（直方
体）である試験体の厚さ方向の熱伝導率を測定するもの
で、試験体の一方の面を高温度とし、他方の面を低温度
とする。すると、高温度である一方の面（加熱側）から
低温度である他方の面（低温側）に向かって、すなわ
ち、厚さ方向に所定の熱量が流れる（但し、試験体の端
部からの熱の流出はないものとする）。
【０００３】ここで、高温側の温度をθH 、低温側の温
度をθL 、厚さｄの試験体に流れる単位面積、単位時間
当たりの熱量をＱ、熱伝導率をλとすると、Ｑ＝（λ／
ｄ）（θH −θL ）の関係が成り立つ。ここで、高温側
を加熱するヒータの発熱量からＱを測定し、熱電対でθ
H 及びθL を測定し、さらに予め試験体の厚さｄが分か
っていれば、熱伝導率λを算出することができる。
度をθL 、厚さｄの試験体に流れる単位面積、単位時間
当たりの熱量をＱ、熱伝導率をλとすると、Ｑ＝（λ／
ｄ）（θH −θL ）の関係が成り立つ。ここで、高温側
を加熱するヒータの発熱量からＱを測定し、熱電対でθ
H 及びθL を測定し、さらに予め試験体の厚さｄが分か
っていれば、熱伝導率λを算出することができる。
【０００４】従来の平板直接法で用いられる熱伝導率測
定装置の概略を図４に示す。図中、熱伝導率測定装置５
０は、中心にセンターヒータ１５及びガイドヒータ１
６、１６を配置し、それから上方又は下方に向けて、試
験体１１、冷却側ヒータ４、断熱材１０及び冷却用タン
ク２を順に配した中核部３０と、中核部３０を取り巻く
ように配された円筒ヒータ３とを備える。
定装置の概略を図４に示す。図中、熱伝導率測定装置５
０は、中心にセンターヒータ１５及びガイドヒータ１
６、１６を配置し、それから上方又は下方に向けて、試
験体１１、冷却側ヒータ４、断熱材１０及び冷却用タン
ク２を順に配した中核部３０と、中核部３０を取り巻く
ように配された円筒ヒータ３とを備える。
【０００５】図４中、センターヒータ１５及びガイドヒ
ータ１６、１６からの熱は試験体１１中を流れ、冷却水
で満たされた冷却用タンク２に流出する。ここで、円筒
ヒータ３から適当な熱量を発生させ、上記以外の熱が発
生しないようにする。すなわち、試験体１１の側面から
の熱の流出に見合う程度の熱量を円筒ヒータ３から供給
し、見掛け上、試験体１１の側面からの熱の流出はない
ようにする。このようにすることで、前記式が満たされ
るような条件とし、熱伝導率の測定精度を高めることが
できる。また、冷却側ヒータ４は試験体１１を流れる熱
量を適切なものとするために使用される。冷却は冷却用
タンク２に冷却水を冷媒注入用配管６を通して供給し、
冷媒流出用配管７を通して排出することにより行われ
る。
ータ１６、１６からの熱は試験体１１中を流れ、冷却水
で満たされた冷却用タンク２に流出する。ここで、円筒
ヒータ３から適当な熱量を発生させ、上記以外の熱が発
生しないようにする。すなわち、試験体１１の側面から
の熱の流出に見合う程度の熱量を円筒ヒータ３から供給
し、見掛け上、試験体１１の側面からの熱の流出はない
ようにする。このようにすることで、前記式が満たされ
るような条件とし、熱伝導率の測定精度を高めることが
できる。また、冷却側ヒータ４は試験体１１を流れる熱
量を適切なものとするために使用される。冷却は冷却用
タンク２に冷却水を冷媒注入用配管６を通して供給し、
冷媒流出用配管７を通して排出することにより行われ
る。
【０００６】また、断熱材１０を試験体１１（又は冷却
側ヒータ４）と冷却用タンク２との間に配置した理由
は、次の通りである。耐熱、耐火材料の場合、その材料
が使用される高温状態での熱伝導率を知ることが、炉の
設計等において必要となる。従って、例えば、試験体を
８００℃のような高温状態下で、熱伝導率を測定する場
合がある。この場合、冷却水等によって直接冷却する
と、冷却水が気化して高圧蒸気となり冷却効果が失われ
るばかりでなく、危険な状態となる。さらに、試験体の
冷却側を冷却し過ぎると、試験体の内部に１００〜１５
０℃のような大きな温度勾配が発生し、どの温度で測定
しているかが不明確になってしまうという問題がある。
このような問題を解決するために、試験体１１と冷却用
タンク２との間に断熱材１０を設けて冷却能力を意図的
に低下させると共に、冷却用タンク２の内部の冷却水が
気化しないようにしている。
側ヒータ４）と冷却用タンク２との間に配置した理由
は、次の通りである。耐熱、耐火材料の場合、その材料
が使用される高温状態での熱伝導率を知ることが、炉の
設計等において必要となる。従って、例えば、試験体を
８００℃のような高温状態下で、熱伝導率を測定する場
合がある。この場合、冷却水等によって直接冷却する
と、冷却水が気化して高圧蒸気となり冷却効果が失われ
るばかりでなく、危険な状態となる。さらに、試験体の
冷却側を冷却し過ぎると、試験体の内部に１００〜１５
０℃のような大きな温度勾配が発生し、どの温度で測定
しているかが不明確になってしまうという問題がある。
このような問題を解決するために、試験体１１と冷却用
タンク２との間に断熱材１０を設けて冷却能力を意図的
に低下させると共に、冷却用タンク２の内部の冷却水が
気化しないようにしている。
【０００７】図５は、従来の周期加熱法で用いられる熱
伝導率測定装置の概略図を示す。周期加熱法とは、試験
体の一部を周期的に加熱し、試験体内部に温度波を伝搬
させ、その温度波の伝搬状態から試験体の熱伝導率を測
定する方法である。温度波の伝搬状態は、温度波の伝搬
時間の遅延状態や、試験体に加えられる温度波の振幅と
内部を伝搬する温度波の振幅の比等を測定することで知
ることができる。温度波としては、例えば、中心温度が
５００℃、振幅が±１０℃、周期が１時間という条件が
選択される。
伝導率測定装置の概略図を示す。周期加熱法とは、試験
体の一部を周期的に加熱し、試験体内部に温度波を伝搬
させ、その温度波の伝搬状態から試験体の熱伝導率を測
定する方法である。温度波の伝搬状態は、温度波の伝搬
時間の遅延状態や、試験体に加えられる温度波の振幅と
内部を伝搬する温度波の振幅の比等を測定することで知
ることができる。温度波としては、例えば、中心温度が
５００℃、振幅が±１０℃、周期が１時間という条件が
選択される。
【０００８】図５中、熱伝導率測定装置６０は、中心に
試験体１１を配置し、その上方には、加熱ヒータ８、補
償ヒータ９を順に配し、その下方には冷却側ヒータ４及
び断熱材１０をこの順に配した中核部３１と、中核部３
１を取り巻くように配された円筒ヒータ３と、中核部３
１と円筒ヒータ３を載置するベース板１と、ベース板１
の下方に位置する冷却用タンク２とを備える。図中、加
熱ヒータ８と補償ヒータ９とで発生される周期的な温度
波を試験体１１内に伝搬させ、その伝搬状態を１７で示
す部位に、試験体１１に挟まれた状態で配置されている
熱電対によって測定する。
試験体１１を配置し、その上方には、加熱ヒータ８、補
償ヒータ９を順に配し、その下方には冷却側ヒータ４及
び断熱材１０をこの順に配した中核部３１と、中核部３
１を取り巻くように配された円筒ヒータ３と、中核部３
１と円筒ヒータ３を載置するベース板１と、ベース板１
の下方に位置する冷却用タンク２とを備える。図中、加
熱ヒータ８と補償ヒータ９とで発生される周期的な温度
波を試験体１１内に伝搬させ、その伝搬状態を１７で示
す部位に、試験体１１に挟まれた状態で配置されている
熱電対によって測定する。
【０００９】周期加熱法による熱伝導率の測定方法にお
いては、試験体中の温度波の伝搬状態が問題となり、原
理的には試験体からの熱の散逸は問題とはならない。し
かし、熱の散逸経路が数多く存在することは、試験体の
温度が徐々に変化してしまうため好ましくない。従っ
て、図５おいても円筒ヒータ３を配置し、試験体１１の
側面における熱の出入りがないような状態で測定してい
る。また、図５においても、冷却用タンク２と試験体１
１との間には図４の熱伝導率測定装置５０と同様の理由
で、断熱材１０が配置されている。
いては、試験体中の温度波の伝搬状態が問題となり、原
理的には試験体からの熱の散逸は問題とはならない。し
かし、熱の散逸経路が数多く存在することは、試験体の
温度が徐々に変化してしまうため好ましくない。従っ
て、図５おいても円筒ヒータ３を配置し、試験体１１の
側面における熱の出入りがないような状態で測定してい
る。また、図５においても、冷却用タンク２と試験体１
１との間には図４の熱伝導率測定装置５０と同様の理由
で、断熱材１０が配置されている。
【００１０】一般に、試験体となる物質の熱伝導率は、
その値が小さなものから大きなものまで広い範囲に亘っ
ている。また、熱伝導率を測定する試験体の温度も数十
℃〜１０００℃以上の温度範囲に亘る。これは、試験体
を実際に使用する環境の温度が利用目的等により異なる
からである。例えば、常温で利用する材料であれば、常
温での熱伝導率が求められ、高温で利用する材料であれ
ば、高温での熱伝導率の測定が求められる。
その値が小さなものから大きなものまで広い範囲に亘っ
ている。また、熱伝導率を測定する試験体の温度も数十
℃〜１０００℃以上の温度範囲に亘る。これは、試験体
を実際に使用する環境の温度が利用目的等により異なる
からである。例えば、常温で利用する材料であれば、常
温での熱伝導率が求められ、高温で利用する材料であれ
ば、高温での熱伝導率の測定が求められる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図４や図５に示す熱伝導率測定装置では、広い熱伝導率
の範囲を広い温度範囲において測定することは困難であ
る。これは以下のような理由による。先ず、図４や図５
に示す装置を用いて低温度域で試験体の熱伝導率を測定
する場合を考える。この場合、試験体の冷却側（タンク
２側）を加熱側（ヒータ１５、１６やヒータ８側）より
低い温度にする必要がある（特に、ＧＨＰ法の場合）。
冷却側は特に、高熱伝導率材料の場合、試験体内を多量
の熱量が流れるため、その熱量を効率良く放熱させるた
め、冷却用タンク２内の冷媒による冷却効果は高いもの
が要求される。しかし、断熱材１０が存在するため、必
要とする冷却効果が得られず、その結果、測定精度が低
下したり、測定結果の信頼性が低いものとなってしま
う。すなわち、高温度での熱伝導率の測定に適するよう
に装置構造を設定すると、低温度での測定における冷却
能力が不足することになる。このように、試験体１１と
冷却用タンク２との間に断熱材１０を配置することは、
高温度域での熱伝導率の測定においては必要であるもの
の、低温度域での測定あるいは高熱伝導率材料の測定に
おいては、上記問題を生じることとなる。そこで、上記
問題点を解決する対策が望まれていた。
図４や図５に示す熱伝導率測定装置では、広い熱伝導率
の範囲を広い温度範囲において測定することは困難であ
る。これは以下のような理由による。先ず、図４や図５
に示す装置を用いて低温度域で試験体の熱伝導率を測定
する場合を考える。この場合、試験体の冷却側（タンク
２側）を加熱側（ヒータ１５、１６やヒータ８側）より
低い温度にする必要がある（特に、ＧＨＰ法の場合）。
冷却側は特に、高熱伝導率材料の場合、試験体内を多量
の熱量が流れるため、その熱量を効率良く放熱させるた
め、冷却用タンク２内の冷媒による冷却効果は高いもの
が要求される。しかし、断熱材１０が存在するため、必
要とする冷却効果が得られず、その結果、測定精度が低
下したり、測定結果の信頼性が低いものとなってしま
う。すなわち、高温度での熱伝導率の測定に適するよう
に装置構造を設定すると、低温度での測定における冷却
能力が不足することになる。このように、試験体１１と
冷却用タンク２との間に断熱材１０を配置することは、
高温度域での熱伝導率の測定においては必要であるもの
の、低温度域での測定あるいは高熱伝導率材料の測定に
おいては、上記問題を生じることとなる。そこで、上記
問題点を解決する対策が望まれていた。
【００１２】従って、本発明の目的は、広い温度範囲に
亘って、熱伝導率の測定を精度良く行う熱伝導率測定装
置及びこれを用いる測定方法を提供することである。ま
た、本発明の他の目的は、高熱伝導率材料の測定を広い
温度範囲に亘って精度良く行う熱伝導率測定装置及びこ
れを用いる測定方法を提供することである。
亘って、熱伝導率の測定を精度良く行う熱伝導率測定装
置及びこれを用いる測定方法を提供することである。ま
た、本発明の他の目的は、高熱伝導率材料の測定を広い
温度範囲に亘って精度良く行う熱伝導率測定装置及びこ
れを用いる測定方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至
った。すなわち、本発明は、２個の試験体を熱電対を挟
んで重ねて中央に配置し、その上方には加熱ヒータ、補
償ヒータを順に配し、下方には冷却側ヒータを配した測
定部と、該測定部を取り巻くように配された円筒ヒータ
とを有する加熱炉部と、該加熱炉部を載置するベース板
と、該ベース板の下方に位置し冷媒である水を貯蔵する
冷却用タンクとを備え、該ベース板は中央に穴がくり抜
かれ、ここに片側を閉じた金属製の円筒を該加熱炉部内
に入り込むように、かつ該冷却用タンク内に貯蔵された
冷媒が該円筒の内部に入り込むように配置され、該冷却
用タンク内には、冷媒の異なる水位に対応させた複数の
排水管が配置されている熱伝導率測定装置を提供するも
のである。
発明者は鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至
った。すなわち、本発明は、２個の試験体を熱電対を挟
んで重ねて中央に配置し、その上方には加熱ヒータ、補
償ヒータを順に配し、下方には冷却側ヒータを配した測
定部と、該測定部を取り巻くように配された円筒ヒータ
とを有する加熱炉部と、該加熱炉部を載置するベース板
と、該ベース板の下方に位置し冷媒である水を貯蔵する
冷却用タンクとを備え、該ベース板は中央に穴がくり抜
かれ、ここに片側を閉じた金属製の円筒を該加熱炉部内
に入り込むように、かつ該冷却用タンク内に貯蔵された
冷媒が該円筒の内部に入り込むように配置され、該冷却
用タンク内には、冷媒の異なる水位に対応させた複数の
排水管が配置されている熱伝導率測定装置を提供するも
のである。
【００１４】また、本発明は、前記熱伝導率測定装置を
用い、加熱側の加熱ヒータ及び補償ヒータによって試験
体中に熱を流入させ、且つ冷媒タンクを使用した冷却手
段によって試験体中から熱を流出させることにより試験
体中に熱を流して熱伝導率を測定する方法において、前
記冷却用タンク内の冷媒量を変化させ、試験体の種類又
は測定温度に応じた冷却能力を定めて、測定を行うこと
を特徴とする熱伝導率の測定方法を提供するものであ
る。
用い、加熱側の加熱ヒータ及び補償ヒータによって試験
体中に熱を流入させ、且つ冷媒タンクを使用した冷却手
段によって試験体中から熱を流出させることにより試験
体中に熱を流して熱伝導率を測定する方法において、前
記冷却用タンク内の冷媒量を変化させ、試験体の種類又
は測定温度に応じた冷却能力を定めて、測定を行うこと
を特徴とする熱伝導率の測定方法を提供するものであ
る。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態におけ
る熱伝導率測定装置を図１を参照して説明する。図１は
周期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。熱
伝導率測定装置３０ａは、２個の試験体１１、１１を重
ねて中央に配置し、その上方には、加熱ヒータ８、補償
ヒータ９を順に配し、下方には冷却側ヒータ４を配した
測定部３２と、測定部３２を取り巻くように配された円
筒ヒータ３とを有する全体形状が円筒の加熱炉部３３
と、加熱炉部３３を載置する金属製ベース板１と、ベー
ス板１の下方に位置し冷媒である水を貯蔵する冷却用タ
ンク２とを備える。ベース板１は中央に穴がくり抜か
れ、ここに片側を閉じた金属製の円筒５を加熱炉部３３
内に入り込むように配置して、冷却用タンク２内に貯蔵
された冷媒が円筒５の内部に入り込むようにしている。
従って、冷却側ヒータ４は冷却用タンク２の円筒部の上
面に近接した位置となる。このように、冷却用タンク２
は試験体１１に近いところに設置されると共に、試験体
１１と冷却用タンク２間には断熱材が存在しない構造と
なるため、冷却能力を最大限に発揮できる。また、円筒
５の上面を除いて、円筒５の側面及び加熱炉部３３の下
面には断熱材１０を設けている。これにより、測定系か
らの不要な熱の散逸を防止できる。
る熱伝導率測定装置を図１を参照して説明する。図１は
周期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。熱
伝導率測定装置３０ａは、２個の試験体１１、１１を重
ねて中央に配置し、その上方には、加熱ヒータ８、補償
ヒータ９を順に配し、下方には冷却側ヒータ４を配した
測定部３２と、測定部３２を取り巻くように配された円
筒ヒータ３とを有する全体形状が円筒の加熱炉部３３
と、加熱炉部３３を載置する金属製ベース板１と、ベー
ス板１の下方に位置し冷媒である水を貯蔵する冷却用タ
ンク２とを備える。ベース板１は中央に穴がくり抜か
れ、ここに片側を閉じた金属製の円筒５を加熱炉部３３
内に入り込むように配置して、冷却用タンク２内に貯蔵
された冷媒が円筒５の内部に入り込むようにしている。
従って、冷却側ヒータ４は冷却用タンク２の円筒部の上
面に近接した位置となる。このように、冷却用タンク２
は試験体１１に近いところに設置されると共に、試験体
１１と冷却用タンク２間には断熱材が存在しない構造と
なるため、冷却能力を最大限に発揮できる。また、円筒
５の上面を除いて、円筒５の側面及び加熱炉部３３の下
面には断熱材１０を設けている。これにより、測定系か
らの不要な熱の散逸を防止できる。
【００１８】冷却用タンク２は上記の如く、中央が上に
凸の断面が逆Ｔ字状である。冷却用タンク２の中央底面
には冷媒排水用配管７ａ、７ｂが、右側底面には冷媒注
入用配管６が、各々配設されている。すなわち、冷媒は
冷媒注入配管６から流入し、冷媒排水配管７ａ、７ｂの
いずれかからタンク外へ排出される。冷媒はこの経路で
循環又は非循環で冷却能力が一定に保たれるようになっ
ている。図では、冷媒排水用配管７ａの頂部は円筒５の
上面ぎりぎりまで延び、冷媒排水用配管７ｂの頂部は円
筒部の深さの約１／２にまで延びており、そのいずれか
を選択することで、２段階の水位が得られる。これによ
り、２段階の冷却能力を選択することができる。
凸の断面が逆Ｔ字状である。冷却用タンク２の中央底面
には冷媒排水用配管７ａ、７ｂが、右側底面には冷媒注
入用配管６が、各々配設されている。すなわち、冷媒は
冷媒注入配管６から流入し、冷媒排水配管７ａ、７ｂの
いずれかからタンク外へ排出される。冷媒はこの経路で
循環又は非循環で冷却能力が一定に保たれるようになっ
ている。図では、冷媒排水用配管７ａの頂部は円筒５の
上面ぎりぎりまで延び、冷媒排水用配管７ｂの頂部は円
筒部の深さの約１／２にまで延びており、そのいずれか
を選択することで、２段階の水位が得られる。これによ
り、２段階の冷却能力を選択することができる。
【００１９】例えば、５００℃以下の低温（後述する高
温度と比較しての低温度）域での測定においては、試験
体１１からの熱の放出を効果的に行う必要があり、この
ため冷媒排水用配管７ａを選択し、冷媒排水用配管７ｂ
は停止する。この場合、冷却用タンク２内の冷媒の水位
は最高位となり、試験体１１に対する冷却能力は最大と
なる。このように、低温度域での測定あるいは高熱伝導
率材料の測定において、前記冷媒排水用配管７ａを選択
することで、低温度領域での測定時に必要とされる冷却
状態を保持することができ、熱伝導率の測定精度や測定
結果の信頼性を高めることができる。
温度と比較しての低温度）域での測定においては、試験
体１１からの熱の放出を効果的に行う必要があり、この
ため冷媒排水用配管７ａを選択し、冷媒排水用配管７ｂ
は停止する。この場合、冷却用タンク２内の冷媒の水位
は最高位となり、試験体１１に対する冷却能力は最大と
なる。このように、低温度域での測定あるいは高熱伝導
率材料の測定において、前記冷媒排水用配管７ａを選択
することで、低温度領域での測定時に必要とされる冷却
状態を保持することができ、熱伝導率の測定精度や測定
結果の信頼性を高めることができる。
【００２０】また、５００℃を超える高温度域での測定
においては、冷媒排水用配管７ｂを選択する。この場
合、冷却用タンク２内の冷媒の水位は冷媒排水用配管７
ａを選択した場合に比較して低下し、冷却能力も同様に
低下する。なお、水位が低下した部分は空気で満たされ
る。これにより、冷却用タンク２による冷却能力を制限
して、冷却側ヒータ直下の冷却過多を防止することがで
きる。すなわち、試験体１１の冷却側の温度低下を抑制
することができると共に、冷媒が高温となり、急激に気
化（蒸気）することがなくなり、安全である。この場合
においても、試験体に対する適切な冷却状態を選択でき
るため、熱伝導率の測定精度や測定結果の信頼性を高め
ることができる。
においては、冷媒排水用配管７ｂを選択する。この場
合、冷却用タンク２内の冷媒の水位は冷媒排水用配管７
ａを選択した場合に比較して低下し、冷却能力も同様に
低下する。なお、水位が低下した部分は空気で満たされ
る。これにより、冷却用タンク２による冷却能力を制限
して、冷却側ヒータ直下の冷却過多を防止することがで
きる。すなわち、試験体１１の冷却側の温度低下を抑制
することができると共に、冷媒が高温となり、急激に気
化（蒸気）することがなくなり、安全である。この場合
においても、試験体に対する適切な冷却状態を選択でき
るため、熱伝導率の測定精度や測定結果の信頼性を高め
ることができる。
【００２１】このように、第１の実施の形態における熱
伝導率測定装置は、冷却用タンク内の冷媒の水位を変更
できる構成とすることにより、広い温度範囲において、
精度の高い熱伝導率を測定することができる。また、第
１の実施の形態における熱伝導率測定装置は、試験体
に少し温度勾配を設けて熱伝導率を測定する方法、試
験体に温度勾配を設けないで熱伝導率を測定する方法の
いずれの方法も利用できる。
伝導率測定装置は、冷却用タンク内の冷媒の水位を変更
できる構成とすることにより、広い温度範囲において、
精度の高い熱伝導率を測定することができる。また、第
１の実施の形態における熱伝導率測定装置は、試験体
に少し温度勾配を設けて熱伝導率を測定する方法、試
験体に温度勾配を設けないで熱伝導率を測定する方法の
いずれの方法も利用できる。
【００２２】次に、熱伝導率測定装置３０ａを用い、周
期加熱法により試験体の熱伝導率を測定する方法につい
て説明する。この場合において、試験体１１に温度勾配
を設けないで測定する。先ず、厚さが測定された２個の
試験体で熱電対（図中、１７で示される位置）を挟み重
て設置する。次に、各ヒータの電源を入れる。加熱ヒー
タ８及び補償ヒータ９は試験体１１中に温度波を供給
し、円筒ヒータ３は試験体１１の側面から流出する熱量
と同じ熱量を供給することで見かけ上、試験体１１の側
面からの熱の散逸を防ぐ。冷却側ヒータ４により、冷却
側ヒータ４の発熱量と冷却用タンク２の吸熱量をバラン
スさせる。これにより、冷却用タンク２を恒温体として
機能させることができる。温度勾配のない試験体１１を
伝搬してきた温度波を恒温体として機能する冷却タンク
２の冷媒に吸収させる。
期加熱法により試験体の熱伝導率を測定する方法につい
て説明する。この場合において、試験体１１に温度勾配
を設けないで測定する。先ず、厚さが測定された２個の
試験体で熱電対（図中、１７で示される位置）を挟み重
て設置する。次に、各ヒータの電源を入れる。加熱ヒー
タ８及び補償ヒータ９は試験体１１中に温度波を供給
し、円筒ヒータ３は試験体１１の側面から流出する熱量
と同じ熱量を供給することで見かけ上、試験体１１の側
面からの熱の散逸を防ぐ。冷却側ヒータ４により、冷却
側ヒータ４の発熱量と冷却用タンク２の吸熱量をバラン
スさせる。これにより、冷却用タンク２を恒温体として
機能させることができる。温度勾配のない試験体１１を
伝搬してきた温度波を恒温体として機能する冷却タンク
２の冷媒に吸収させる。
【００２３】一方、冷却用タンク２には冷媒注入配管１
２から水が供給される。冷却用タンク２の水位は、上記
伝搬してきた温度波の吸収（試験体からの温度波の流
出）状態が試験体１１中を伝搬する温度波の伝搬状態へ
の影響を最小限とする条件で決定される。これにより、
試験体の熱伝導率の測定精度を高めることができる。測
定は、試験体１１、１１間に挿入された熱電対の時間毎
の温度変化を測定し、例えば、中心温度が５００℃、振
幅が±１０℃、周期が１時間の温度波という熱量供給側
の条件との比較において、この温度波の伝搬に従う時間
的な遅れ、温度波の振幅の減衰から試験体の熱伝導率を
算出すればよい。
２から水が供給される。冷却用タンク２の水位は、上記
伝搬してきた温度波の吸収（試験体からの温度波の流
出）状態が試験体１１中を伝搬する温度波の伝搬状態へ
の影響を最小限とする条件で決定される。これにより、
試験体の熱伝導率の測定精度を高めることができる。測
定は、試験体１１、１１間に挿入された熱電対の時間毎
の温度変化を測定し、例えば、中心温度が５００℃、振
幅が±１０℃、周期が１時間の温度波という熱量供給側
の条件との比較において、この温度波の伝搬に従う時間
的な遅れ、温度波の振幅の減衰から試験体の熱伝導率を
算出すればよい。
【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態における
熱伝導率測定装置を図２を参照して説明する。図２は周
期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。図２
において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し
てその説明を省略し、図１と異なる点について説明す
る。すなわち、図２中、図１と異なるところは、冷媒排
水用配管を冷媒排水用配管７ａ、７ｂ、７ｃとし、その
数を増やした点にある。本発明の第２の実施の形態にお
ける熱伝導率の測定装置３０ｂにおいても、熱伝導率の
測定装置３０ａと同様の効果を奏する他、冷却能力を更
に細かく設定することができる。特に、高熱伝導率材料
の場合、試験体中を多量の熱量が移動することに起因し
て、冷却側からの冷却能力が適切でない場合にその影響
が測定結果に表れ易いが、本形態例によれば、常に適切
な冷却状態を選択でき、精度が高く信頼性の高い熱伝導
率の測定を行うことができる。
熱伝導率測定装置を図２を参照して説明する。図２は周
期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。図２
において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し
てその説明を省略し、図１と異なる点について説明す
る。すなわち、図２中、図１と異なるところは、冷媒排
水用配管を冷媒排水用配管７ａ、７ｂ、７ｃとし、その
数を増やした点にある。本発明の第２の実施の形態にお
ける熱伝導率の測定装置３０ｂにおいても、熱伝導率の
測定装置３０ａと同様の効果を奏する他、冷却能力を更
に細かく設定することができる。特に、高熱伝導率材料
の場合、試験体中を多量の熱量が移動することに起因し
て、冷却側からの冷却能力が適切でない場合にその影響
が測定結果に表れ易いが、本形態例によれば、常に適切
な冷却状態を選択でき、精度が高く信頼性の高い熱伝導
率の測定を行うことができる。
【００２５】図２では、冷却排水用配管を３本配置する
構成を示すが、これに限定されず、更に細かく水位の設
定ができるように、多くの冷媒排水用配管を配置しても
よい。これにより、更にきめ細かい冷却能力の設定をす
ることができる。
構成を示すが、これに限定されず、更に細かく水位の設
定ができるように、多くの冷媒排水用配管を配置しても
よい。これにより、更にきめ細かい冷却能力の設定をす
ることができる。
【００２６】次に、本発明の第３の実施の形態における
熱伝導率測定装置を図３を参照して説明する。図３は周
期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。図３
において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し
てその説明を省略し、図１と異なる点について説明す
る。すなわち、図３中、図１と異なるところは、冷却用
タンク２内に水位センサー１３、１３を設け、且つ冷媒
排水用配管として、電磁弁１４が取付けられた冷媒排水
用配管７を用いた点である。すなわち、水位センサー１
３によって、水位を検出し、電子的な制御手段により、
電磁弁１４を操作して所望の水位を設定する。本発明の
第３の実施の形態における熱伝導率の測定装置３０ｃに
おいても、熱伝導率の測定装置３０ａと同様の効果を奏
する。
熱伝導率測定装置を図３を参照して説明する。図３は周
期加熱法による熱伝導率測定装置の概略図である。図３
において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し
てその説明を省略し、図１と異なる点について説明す
る。すなわち、図３中、図１と異なるところは、冷却用
タンク２内に水位センサー１３、１３を設け、且つ冷媒
排水用配管として、電磁弁１４が取付けられた冷媒排水
用配管７を用いた点である。すなわち、水位センサー１
３によって、水位を検出し、電子的な制御手段により、
電磁弁１４を操作して所望の水位を設定する。本発明の
第３の実施の形態における熱伝導率の測定装置３０ｃに
おいても、熱伝導率の測定装置３０ａと同様の効果を奏
する。
【００２７】図３では、水位センサー１３を２個配置す
る構成を示すが、これに限定されず、更に細かく水位の
設定ができるように、多くの水位センサーを配置しても
よい。これにより、更にきめ細かい冷却能力の設定をす
ることができる。特に、高熱伝導率材料の場合、試験体
中を多量の熱量が移動することに起因して、冷却側から
の冷却能力が適切でない場合にその影響が測定結果に表
れ易いが、これによれば、常に適切な冷却状態を選択で
き、精度が高く信頼性の高い熱伝導率の測定を行うこと
ができる。
る構成を示すが、これに限定されず、更に細かく水位の
設定ができるように、多くの水位センサーを配置しても
よい。これにより、更にきめ細かい冷却能力の設定をす
ることができる。特に、高熱伝導率材料の場合、試験体
中を多量の熱量が移動することに起因して、冷却側から
の冷却能力が適切でない場合にその影響が測定結果に表
れ易いが、これによれば、常に適切な冷却状態を選択で
き、精度が高く信頼性の高い熱伝導率の測定を行うこと
ができる。
【００２８】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
具体的な構成はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱
しない範囲での変更、追加は本発明の範囲内である。す
なわち、本発明において、冷媒としては、特に制限され
ないが、水を用いることが、冷却能力、価格及び取扱の
容易性等の点から好ましい。また、本発明の熱伝導率測
定装置は、周期加熱法に限定されず、平板直接法、平板
比較法及び熱流対流法等にも適用することがでできる。
具体的な構成はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱
しない範囲での変更、追加は本発明の範囲内である。す
なわち、本発明において、冷媒としては、特に制限され
ないが、水を用いることが、冷却能力、価格及び取扱の
容易性等の点から好ましい。また、本発明の熱伝導率測
定装置は、周期加熱法に限定されず、平板直接法、平板
比較法及び熱流対流法等にも適用することがでできる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の熱伝導率測定装置及び測定方法
によれば、耐熱、耐火材料等の物質の熱伝導率を、低温
度域から高温度域までの広い温度範囲に亘り精度良く測
定することができる。また、周期加熱法を用いる場合で
あっても、温度波を吸収する能力を適時に設定でき、そ
の測定精度を高めることができる。また、装置構造が簡
単であり、安全性や信頼性が高く、保守も簡単である。
によれば、耐熱、耐火材料等の物質の熱伝導率を、低温
度域から高温度域までの広い温度範囲に亘り精度良く測
定することができる。また、周期加熱法を用いる場合で
あっても、温度波を吸収する能力を適時に設定でき、そ
の測定精度を高めることができる。また、装置構造が簡
単であり、安全性や信頼性が高く、保守も簡単である。
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱伝導率測
定装置の概略図を示す。
定装置の概略図を示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態における熱伝導率測
定装置の概略図を示す。
定装置の概略図を示す。
【図３】本発明の第３の実施の形態における熱伝導率測
定装置の概略図を示す。
定装置の概略図を示す。
【図４】従来の平板直接法に用いる熱伝導率測定装置の
概略図を示す。
概略図を示す。
【図５】従来の周期加熱法に用いる熱伝導率測定装置の
概略図を示す。
概略図を示す。
１ ベース板 ２ 冷却用タンク ３ 円筒ヒータ ４ 冷却側ヒータ ５ 円筒 ６ 冷媒注入用配管 ７、７ａ、７ｂ、７ｃ 冷媒排水用配管 ８ 加熱ヒータ ９ 補償ヒータ １０ 断熱材 １１ 試験体 １２ 冷媒 １３ 水位センサー １４ 電磁弁 １５ センターヒータ １６ ガードヒータ １７ 熱電対設置場所 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、５０、６０熱伝導率測定装置 ３２ 測定部 ３３ 加熱炉部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 25/18 G01N 25/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ２個の試験体を熱電対を挟んで重ねて中
央に配置し、その上方には加熱ヒータ、補償ヒータを順
に配し、下方には冷却側ヒータを配した測定部と、該測
定部を取り巻くように配された円筒ヒータとを有する加
熱炉部と、該加熱炉部を載置するベース板と、該ベース
板の下方に位置し冷媒である水を貯蔵する冷却用タンク
とを備え、該ベース板は中央に穴がくり抜かれ、ここに
片側を閉じた金属製の円筒を該加熱炉部内に入り込むよ
うに、かつ該冷却用タンク内に貯蔵された冷媒が該円筒
の内部に入り込むように配置され、該冷却用タンク内に
は、冷媒の異なる水位に対応させた複数の排水管が配置
されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。 - 【請求項２】 請求項１の熱伝導率測定装置を用い、加
熱側の加熱ヒータ及び補償ヒータによって試験体中に熱
を流入させ、且つ冷媒タンクを使用した冷却手段によっ
て試験体中から熱を流出させることにより試験体中に熱
を流して熱伝導率を測定する方法において、前記冷却用
タンク内の冷媒量を変化させ、試験体の種類又は測定温
度に応じた冷却能力を定めて、測定を行うことを特徴と
する熱伝導率の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21891398A JP3315368B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 熱伝導率測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21891398A JP3315368B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 熱伝導率測定装置及び測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055846A JP2000055846A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3315368B2 true JP3315368B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=16727292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21891398A Expired - Fee Related JP3315368B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 熱伝導率測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3315368B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104198520A (zh) * | 2014-09-03 | 2014-12-10 | 北京卫星环境工程研究所 | 确保行波管热试验高导热效率的工艺 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20030092971A (ko) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 김광우 | 판유리의 열전도도 시험방법 및 장치 |
| KR100706882B1 (ko) | 2005-08-26 | 2007-04-12 | 한국생산기술연구원 | 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치 |
| JP4258667B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2009-04-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 熱物性測定方法及び装置 |
| JP5509195B2 (ja) * | 2009-03-11 | 2014-06-04 | 学校法人常翔学園 | 熱伝導測定装置及び熱伝導測定方法 |
| KR101141261B1 (ko) * | 2010-08-12 | 2012-05-04 | 한국에너지기술연구원 | 미세구조유체의 동적 열전도도 측정장치 및 방법 |
| CN102928461B (zh) * | 2012-10-26 | 2015-11-11 | 中冶南方工程技术有限公司 | 用于测定水冷铸模换热系数的实验装置 |
-
1998
- 1998-08-03 JP JP21891398A patent/JP3315368B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2000055846A (ja) | 2000-02-25 |
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