JP3324858B2 - 表皮材でラップした断熱材の熱伝導率測定装置及びその方法 - Google Patents

表皮材でラップした断熱材の熱伝導率測定装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】衆知の如く、フロンガスの規制に
より今までこれ等のガスを用いて発泡させて製作してい
た多くの断熱材、例えば冷蔵庫用、住宅用の断熱材は別
の方法による製法の開発が急務となった。その中の一つ
の方法として各種の表皮材でラップし内部を高性能断熱
材料例えば真空にした断熱材が注目される様になりこの
種の断熱材が開発されている。この種の断熱材は図1に
その断面を例示するごとく伝熱の経路は真空の部分と表
皮材の部分との2経路となり従来の1経路用熱伝導測定
装置ではその断熱性の評価が非常に難しくなった。この
様な背景から新しい方法による熱伝導率(断熱性)の測
定装置の開発が必要となった。
【0002】
【従来の技術】現在断熱材の熱伝導率測定法として広く
普及している方法は各種の規格にとり入れられているが
図2に示すごとく被測定断熱材S′の上下に2つの熱流
計fu,fl 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、かつ被測定断熱材の周囲をその平均温
度に保ち乍ら計測する手法がとられていた。この方法に
おいては被測定断熱材S′の上、下面の面積と厚さにつ
いてはJIS.1420,ISO.8301等において
詳細に規定されており、被測定断熱材の熱伝導率λは上
下面の温度をT1 ,T2 、厚さをlとする時下記で与え
られる。
【0003】 λ=1/2(Fu +Fl )・l/(T1 −T2 ) ・・・・1 但し Fu ,Fl ・・・上下面における熱流密度
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、本発明が対象と
する新しく開発される断熱材は図1に示した如く伝熱の
経路は2経路となりこの断熱材の開発時又はこれの応用
時においては2経路別々の伝熱性の評価が必要となって
来る。例えばその断熱性は表皮材の材質と厚さや内部断
熱材料の性質例えば真空度によりその特性は大きく異っ
て来るからである。2経路合計はともかく、別々の断熱
性の評価は従来の装置では測定不可能であり、新しい測
定法及び装置の開発が必要となって来た。
【0005】
【課題の解決手段】図1は真空断熱材の伝熱経路を示す
断面図である。熱流1は表皮材2の中を流れる熱流5と
真空部分3を貫通する熱流4とに2分されて流れる。従
って、2つの伝熱経路による伝熱量を計測するためには
表皮材内を流れる図1で横方向への熱流5の熱流密度も
計測する必要がある。この目的のために従来型の縦方向
の熱流密度を計測する熱流計fu ,fl の他に本発明装
置においては横方向の熱流密度を計測するための熱流計
uhとflhの熱流計をも具備せしめた。
【0006】次に本発明の今一つの重要な点はこの装置
における両熱流計の校正方法を提起することにもある。
【0007】本発明装置及び方法の要旨は次の様にな
る。
【0008】表皮材でラップした形式の断熱材を2つの
対向する同一構成の熱流計の間に挟んで該断熱材の熱伝
導率を測定する装置において、上記熱流計はそれぞれ内
外2層構造であって、その外層は縦方向配置の熱電堆を
含んだ縦方向熱流計とし、その内層は横方向配置の熱電
堆を含んだ横方向熱流計とした事。
【0009】該断熱材用熱伝導率測定装置を用いて表皮
材でラップした形式の断熱材の熱伝導率を測定する方法
において、上記測定装置に断熱性の大きい熱伝導率既知
の標準試料を装着し、その縦方向熱流密度より縦方向熱
流計の校正値を得、上記表皮材のシート状試料を上記標
準試料の上下両面に密着せしめて上記測定装置に装着
し、上記縦方向熱流計の校正値及び上記既知の熱伝導率
とより縦方向熱流密度及び上下両面のシート状試料の横
方向熱流密度を決定し、該横方向熱流密度により上記横
方向熱流計の校正値を得、上記標準試料及びシート状試
料を断熱材用熱伝導率測定装置より取り去り、縦、横方
向熱流計の校正済み断熱材用熱伝導率測定装置となし、
然して、表皮材でラップした形式の熱伝導率未知の断熱
材を該校正済み断熱材用熱伝導率測定装置に装着し、上
記縦、横方向熱流計の出力と校正値とより縦、横方向熱
流密度を求め、上記熱伝導率未知の断熱材の厚さ及びこ
の上下面の温度差を計測し、縦、横両方向熱伝導率及び
全体の見かけの熱伝導率を別々に得る事。
【0010】
【実施例】本発明装置の実施例の断面を図3に示す。f
u ,f1 は被測定断熱材を縦方向に貫流する熱流を検出
するための縦方向熱流計を示し各々同一構成のものを従
来技術に従い上下に配置する。
【0011】fuh,flhはそれぞれ上下に配置した上記
縦方向熱流計に密着され、且つ、間に挟んだ被測定断熱
材の表皮を流れる熱流を検出するための横方向熱流計を
示す。即ち熱流計は2層構成となり、被測定断熱材から
みてこの両面に密着する上下に配置した横方向熱流計は
内層となり、この外側に配置した縦方向熱流計は外層と
なる。尚、T1 ,T2 ,Ta はそれぞれ被測定断熱材の
上下面の中央部温度、周囲温度を示す。
【0012】横方向熱流計fuhとflhは同一構成である
のでその一方の平面図及び断面図を図4の(a),
(b)に示す。この具体的構造の一例としての横方向熱
流計は1mm厚さのガラスエポキシ板6の片面に熱電対
素線7である0.1mmφの銅コンスタンタン線16対
をあらかじめ設けた溝の中に接着材等で固定し、接点を
溶着して熱電堆を構成する。なお、8は熱電対素線7を
固定する銅箔、9は絶縁層である。これ等の熱流計fuh
とflhは縦方向熱流計fu とfl に接着材等で密着させ
るか一体にモールドする。
【0013】本発明測定装置の構成は以上の通りである
が、以下その校正方法について説明する。
【0014】先ず、この一体化された熱流計間に本発明
で対象とする表皮材で覆われた断熱材をその上下面に配
備し、今、従来と同様に縦方向熱流計fu とfl のみで
熱流密度を検出すると2つの伝熱経路の合計した熱流密
度Fut,Fltが得られる。即ち熱流束をベクトルとして
取り扱うと下記の通り示すことができる。
【0015】 Fut={(Fuh)2+(Fuv21/2 ・・・・2.1 Flt={(Flh)2+(Flv21/2 ・・・・2.2 尚、以下添字hは横方向即ち表皮材の伝熱に関し、vは
縦方向(例えば真空部分)の伝熱に関し、uは上面、l
は下面に関して用いる。
【0016】次に本発明装置の校正方法につき段階を追
って説明する。
【0017】1).最初に、断熱性の大きい熱伝導率既
知の標準試料を図3装置に装着して、縦方向熱流計f
u ,fl を校正する。即ち上下各々の縦方向熱流計出力
をEuo,Eloとすると、 Euo=kuvuv=kuv(λr /lr )(T1 −T2 ) ・・・・3.1 Elo=klvlv=klv(λr /lr )(T1 −T2 ) ・・・・3.2 で示すことができる。ここで、 kuv,klv:縦方向熱流計fu ,fl の校正値 λr :標準試料の熱伝導率 lr :標準試料の厚さ T1 ,T2 :標準試料上面,下面の中央部温度 である。λr は既知、lr ,T1 ,T2 ,Euo,Elo
計測により知ることができるので校正値、kuv,klv
決定することができる。
【0018】当該校正段階では横方向の熱流密度を計測
する熱流計fuh,flhの出力は誤差の範囲内で零である
ことが大切な条件であることは勿論である。
【0019】2).次に、校正段階1)で使用した標準
試料の両面に被測定断熱材に使われる表皮材のシート状
サンプルを密着させ本測定装置に装着する。この様子を
図5に示す。この場合標準試料の側面は表皮材では一切
覆われない状態にしておく。図5に示す通り、標準試料
の上下面のシート状サンプルC夫々の中央部温度T1
2 と周囲温度Ta =1/2(T1 +T2 )とには差が
あり、今、T1 >T2 とすると、上面シート状サンプル
中央部より周辺に向かう熱流、及び下面シート状サンプ
ルの周辺より中央部に向かう熱流を生じるが、これらの
熱流密度がそれぞれFuh lhである。表皮材の厚さは
通常極めてうすく、特に真空断熱材の場合には比較的熱
伝導率の高いアルミニュームやステンレスがその表皮材
として使われるので、この場合の母材である標準試料の
熱抵抗(lr /λr )に比較し上下2枚のシート状サン
プルCの厚さ方向の合計した熱抵抗は極めて小さく標準
試料に対する比は10-5以下である。
【0020】よって式2における縦方向の熱流密度
uv,Flvについては,標準試料の既知常数を使って式
3より知ることができるが、Fuv 2 ,Flv 2 が下記の如
く表現できる。
【0021】 {Eut/kuv2 −{(λr /lr )(T1 −T2 )}2 ={Euh/kuh2 ・・・・4.1 {Elt/klv2 −{(λr /lr )(T1 −T2 )}2 ={Elh/klh2 ・・・・4.2 但し、Eut,Eltは縦方向の熱流計の出力、Euh,Elh
は横方向の熱流計の出力である。
【0022】4.1,4.2式の意味する所は左辺の第
1項は縦横合計の熱流密度、同第2項は縦方向の熱流密
度、右辺は横方向の熱流密度であり、該式に基づき、前
記校正段階1)で求めたkuv,klv、既知の値λr ,l
r 、実測値Eut,Elt 、Euh,Elh 、T1 ,T2 とより
横方向の熱流計fuh,flhのそれぞれの校正値kuh,k
lhを求めることができる。
【0023】以上で校正値の知り得た熱伝導率測定装置
が得られたので、実際の真空断熱材のごとき表皮材でラ
ップした断熱材を本装置に装着し、十分に定常状態に達
した後4つの出力Eut,Elt,Euh,Elhを読取ること
によりその熱伝達率を求めることができる。
【0024】ここで、上、下面各々の縦、横方向の熱流
密度を; Fut=Eut/Kuv ・・・6.1, Flt=Elt/Klv ・・・6.2 Fuh=Euh/Kuh ・・・6.3, Flh=Elh/Klv ・・・6.4 とすると、各熱伝導率は下記で与えられる。
【0025】先ず、2経路の伝熱を合計した見かけの熱
伝導率λa は λa =1/2{Fut+Flt}l/(T1 −T2 ) ・・・7 で求まり、縦方向の熱伝導率λv は、λv =1/2
{(FTut 2 −Fuh 2 )}1/2 +(Flt 2 −Flh 21/2 }l/(T1 −T2 ) ・・・8 で求まり、最後に表皮材の見かけの熱伝導率λc は、 λc =1/2{Fuh+Flh}l/(T1 −T2 ) ・・・9 として求まる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば1っの断熱材につき上記
3種類の熱伝導率を同時に知り得るので、複合形の断熱
材、特に表皮材でラップしたような断熱材の開発研究に
寄与する。又、この様な新型断熱材を適用する場合にそ
の方向とか厚み等最も効果的な使い方を研究するのに役
立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】真空断熱材の伝熱経路を示す断面図である。
【図2】従来法における断熱材料の熱伝導率の測定装置
の断面概略を示す図である。
【図3】本発明により横方向の熱流計も具備した熱伝導
率測定装置の構造を示す断面図である。
【図4】横方向熱流を検出するための熱流計の平面図
(a)と断面図(b)を示す。
【図5】図3と同様な図であるが、本発明による横方向
熱流計の校正法を説明する図である。
【符号の説明】
u ,fl …縦方向熱流計 fuh,flh…横方
向熱流計 C…表皮材のシート状サンプル S′…被測定断熱
材 S…標準試料 l…試料の厚さ Ta …周囲温度 T1 …試料上面中
央部温度 T2 …試料下面中央部温度 Fu ,Fl …上、下面における熱流密度 Fut, Flt…上、下面における合計熱流密度 6…ガラスエポキシ板 7…熱電堆素線 8…銅箔 9…絶縁層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−202341(JP,A) 特開 平2−83440(JP,A) 特開 昭62−32348(JP,A) 特開 平2−27246(JP,A) 実開 昭60−35235(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 25/18 G01K 17/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表皮材でラップした形式の断熱材を2つ
    の対向する同一構成の熱流計の間に挟んで該断熱材の熱
    伝導率を測定する装置において、上記熱流計はそれぞれ
    内外2層構造であって、その外層は縦方向配置の熱電堆
    を含んだ縦方向熱流計とし、その内層は横方向配置の熱
    電堆を含んだ横方向熱流計とした事を特徴とする断熱材
    用熱伝導率測定装置。
  2. 【請求項2】 上記2層構造の内層は上記表皮材内を流
    れる熱流の密度を測定するように該表皮材に密着するよ
    うに熱電堆を平らに形成した事を特徴とする前記請求項
    1に記載の断熱材用熱伝導率測定装置。
  3. 【請求項3】 上記縦横両方向配置の熱電堆を一体にモ
    ールドした事を特徴とする前記請求項1に記載の断熱材
    用熱伝導率測定装置。
  4. 【請求項4】 上記請求項1記載の断熱材用熱伝導率測
    定装置を用いて表皮材でラップした形式の断熱材の熱伝
    導率を測定する方法において、 上記測定装置に断熱性の大きい熱伝導率既知の標準試料
    を装着し、その縦方向熱流密度より縦方向熱流計の校正
    値を得、 上記表皮材のシート状試料を上記標準試料の上下両面に
    密着せしめて上記測定装置に装着し、上記縦方向熱流計
    の校正値及び上記既知の熱伝導率とより縦方向熱流密度
    及び上下両面のシート状試料の横方向熱流密度を決定
    し、 該横方向熱流密度により上記横方向熱流計の校正値を
    得、 上記標準試料及びシート状試料を断熱材用熱伝導率測定
    装置より取り去り、縦、横方向熱流計の校正済みの断熱
    材用熱伝導率測定装置となし、然して、 表皮材でラップした形式の熱伝導率未知の断熱材を該校
    正済み断熱材用熱伝導率測定装置に装着し、上記縦、横
    方向熱流計の出力と校正値とより縦、横方向熱流密度を
    求め、 上記熱伝導率未知の断熱材の厚さ及びこの上下面の温度
    差を計測し、 縦、横両方向熱伝導率及び全体の見かけの熱伝導率を別
    々に得る事を特徴とする表皮材でラップした形式の断熱
    材の熱伝導率を測定する方法。
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