JPH01193635A

JPH01193635A - 熱伝導率測定装置

Info

Publication number: JPH01193635A
Application number: JP1817288A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Tsuchida; 芳樹土田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-08-03
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0750052B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、断熱材や保温材等の各種材料の熱伝導率を
測定するために用いられる熱伝導率測定装置に関する。

「従来の技術」一般に、断熱材や保温材として用いられる各種の材料の
熱伝導率の値は常に一定ではなく温度によって変化する
ものであって、温度が高いほど熱伝導率も大きくなる、
すなわち熱を伝え易くなる傾向にある。したがって、特
にたとえば１．０００℃を越えるような温度条件で使用
される断熱材や保温材のように高温下における熱伝導率
が問題とされる材料にあっては、その熱伝導率の測定は
実際に使用温度まで加熱して行うことが必要となる。

そのような熱伝導率の測定を行う装置としては第４図に
示すものが知られている。この従来の熱伝導率測定装置
は、断熱性を有する保護円筒ａ内の上部、下部にそれぞ
れ主ヒータｂ１補助ヒータＣを配して、保護円筒ａ内部
に下向きの定常的な熱流を生ぜしめるとともに、補助ヒ
ータＣの下部にその定常熱流の熱流量を計測するための
熱流計測板ｄを備えたものである。

その熱流計測板ｄは、内部に測温用ガスが流通し得る渦
巻き状のガス流通路が・形成されていて、予め所定温度
に予熱した一定量の測温用ガスをその流通路内に流通さ
せることにより、測温用ガスの温度上昇とガス流通量と
から受熱量を測定するようにされたものが一般に用いら
れている。

上記のように構成されている従来の熱伝導率測定装置は
、保護円筒ａ内の中心位置に熱伝導率を測定するべき試
料Ｓを配するとともに、その上下に熱伝導率が既知の標
準伝熱板ＳＩ＋８１を配し、主ヒータｂ１補助ヒータＣ
によって保護円筒ａ内部に図中ｍで示すような温度勾配
を形成させ、これにより、試料Ｓおよび標準伝熱板Ｓ　
ｌ　＋　Ｓ　ｔに破線で示ずｎのような温度勾配を形成
させるものである。

そして、試料Ｓの平均内部温度を計測するべき温度に保
持し、定常状態において試料Ｓの上面、下面での温度を
温度計ｅ、ｅによって計測して、それらの温度差と、熱
流計測板ｄによって計測される定常熱流の熱量すなわち
試料Ｓを透過した熱貫流量とから、試料Ｓのその温度に
おける熱伝導率を算出するものである。

すなわち、熱流計測板ｄによって計測された熱貫流量を
Ｑ　（Ｋ　ｃａｌ／ｈ）、試料Ｓの熱伝導率をλ（Ｋｃ
ａｌ／ｆｆｌ−ｈ−ｄｅｇ）、試料Ｓの厚み寸法をｔ（
ｍ）、試料Ｓの有効面積をＡ　（ｍ”）、試料Ｓの上面
温度、下面温度をそれぞれθ、θ、（”Ｃ）とすると、
Ｑ＝（λ／１）・Ａ（θ、−〇りの関係が成り立つから、この式から、λはλ＝Ｑ−ｔ／
Ａ（θ１−θり　　・・・・・・（１）として求められ
る。

なお、上記の標準伝熱板Ｓ　ｌ　＋　Ｓ　！は、試料Ｓ
の温度を高温に保持するためのものであるとともに、そ
れらの表面温度を温度計ｆ・・・によって計測すること
によって、それらの表面温度および上記の熱貫流！ＩＱ
とから求められる熱伝導率の値を既知の熱伝導率の値と
比較することによって、計測値を検証し、必要に応じて
補正するためのものである。

また、符号ｇ・・・は壁面温度補償用のヒータであって
、これらのヒータｇ・・・は、保護円筒ａの表面温度を
保護円筒ａ内部の温度勾配に合致させるように制御され
、これにより保護円筒ａとその内部空間との間の熱授受
を無くして熱流が保護円筒ａの周面から放散してしまう
ことを防止するためのものである。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上記従来の熱伝導率測定装置にあっては、熱
流計測板ｄの周囲温度を熱流計測板ｄ自体の温度と同等
に保持することが困難であって、このため、熱流計測板
ｄから周囲への放熱が生じたり、逆に熱流計測板ｄが周
囲から熱を受けてしまうことがあった。したがって、熱
貫流量Ｑの計測誤差が大きくなって充分な測定精度が得
られるとはいい難いものであった。

また、上記従来の装置では、熱流計測板ｄに絶えず新し
い測温用ガスを送り込むようにしているので、ガス消費
量が多大であるとともに、そのガスを所定の温度まで予
熱するための所要熱量も大きなものとなり、したがって
運転費がかさむという欠点もあった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、充分な
測定精度が得られ、また、運転費を軽減することのでき
る熱伝導率測定装置を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」この発明は、炉容器の内部に周囲を断熱材で覆われた計
測室を設け、その計測室内に定常熱流を生ぜしめて前記
計測室内に配した試料を所望の設定温度に保持し、前記
試料を透過した定常熱流の熱貫流量を熱流計測板によっ
て計測するとともに、その試料の表面温度と裏面温度の
温度差を計測することによって、前記熱貫流量と前記温
度差の値からその試料の前記設定温度における熱伝導率
を測定するように構成された熱伝導率測定装置であって
、装置本体と、測温流体の温度を調節しつつ循環させる
ための循環装置とから構成され、置本体は、前記熱流計
測板の周囲に配された補償冷却板を有し、それら熱流計
測板、補償冷却板はいずれもそれらの内部に測温流体が
流通し得る流通路が形成されており、一方、前記循環装
置は、測温流体を一定温度に調節するための温度調節手
段と、測温流体をその温度調節手段に圧送するとともに
その温度調節手段によって一定温度とされた測温流体を
前記熱流計測板および前記補償冷却仮に対してそれぞれ
供給し、かつ再び温度調節手段に戻すための圧送手段を
有してなることを特徴としている。

「作用　」この発明の熱伝導率測定装置は、循環装置によって一定
温度に調節した測温流体を熱流計測板に供給し、熱流計
測板を通過した測温流体の温度上昇と流量とから測温流
体の受熱量を計測する。また、熱流計測板に供給される
流体と同一温度の流体を補償冷却仮に対しても供給する
ことにより、熱流計測板と補償冷却板の温度を同等に保
ち、これによりそれらの間の熱授受を防止する。

「実施例」以下、この発明の一実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

この実施例の熱伝導率測定装置は、装置本体Ａと、測温
流体（この実施例においては水）を循環させるための循
環装置Ｂとから構成されており、第１図は装置本体Ａの
概略構成を示す完断面図、第２図は循環装置Ｂの概略構
成を示す図である。

第１図に示す装置本体Ａにおいて、符号ｌは炉容器であ
り、この炉容器ｌは、それぞれ水冷ジャケットを有する
本体２および蓋体３から構成されている。

その炉容器１内には、それぞれ円板状の下部断熱材５、
上部断熱材６、および円筒状の側部断熱材７によって、
内部に試料Ｓが配される計測室８が形成され、この計測
室８内の上部空間には計測室８内を所定の温度に保持す
るための主ヒータ９が取り付けられている。なお、符号
１０は主ヒータ９に接続されている電極、１１は計測室
８内の温度を計測するための放射温度計である。

計測室８の側壁を形成している上記の側部断熱材７の内
面は、充分な耐熱性を有しかつ熱伝導性に優れた材料、
たとえば、グラファイト、耐熱鋼、モリブデン等、によ
って筒状に形成された壁面温度補償板ｌ２によって覆わ
れている。この壁面温度補償板ｌ２は、その優れた熱伝
導性によって計測室８の上部から下郎に向かって熱を運
び、もって計測室８の内面温度すなわちこの壁面温度補
償板ｌ２自体の温度を計測室８の内部温度と同等に保持
するためのものである。

また、上記の下部断熱材５中には補償保温板ｌ３が埋設
されているとともに、この下部断熱材５の上面中央部に
は円板形状の熱流計測板ｌ４が配され、その周囲には環
状の補償冷却板ｌ５が配されている。これらの補償保温
板１３、熱流計測板１４、補償冷却板ｌ５は、いずれも
第４図に示した従来の装置における熱流計測板ｄと同様
に、内部に測温流体としての水が流通し得る渦巻き状の
流通路（図示路）が形成されているものである。

そして、上記の補償冷却板ｌ５の上面には、円筒状の断
熱材ｌ６が第１図に示すように側部断熱材７の内面に密
着する状態で配されており、この断熱材ｌ６の内側に円
板状の断熱材ｌ７が配され、その断熱材ｌ７の上面に下
部測温板ｌ８が配され、その上面に熱伝導率を計測する
べき試料Ｓが配され、さらにその上面に上部測温板ｌ９
が配されるようになっている。また、第２図に模式的に
示すように、断熱材ｌ７の下面、下郎測温板１８、上部
測温板ｌ９には、それぞれ熱電対温度計２０。

２１、２２が取り付けられており、また、断熱材ｌ６の
内面および外面にも互いに対向する位置に２対合計４つ
の熱電対温度計２３・・・がそれぞれ取り付けられてい
る。

上記の熱流計測板１４、補償冷却板ｌ５、補償保温板１
３に対しては、前記循環装置Ｂによって測温流体として
の水が供給されるようになっている。

その循環装置Ｂは、水を冷却しつつ循環させるように構
成されたものであって、第２図に示すように循環ポンプ
（圧送手段）３０、その循環ポンプ３０の吐出側に設け
られた冷却器（温度調節手段）３１を主な構成要素とし
ており、循環ポンプ３０によって水を冷却器３１に圧送
してそこで一定温度に冷却し、冷却した水を流量制御弁
３２．３３を介して分岐接続されている供給管３４．３
５を通して前記熱流計測板１４および前記補償冷却板１
５にそれぞれ導くようにされている。そして、熱流計測
板１’４、補償冷却［１５に導かれた水は、第１図中の
破線矢印で示すようにそれらの内部を通過した後に、下
部断熱材５中に設けられている連通管３６．３７（第２
図においては管路として図示している）を通って上記の
補償保温板１３に導かれ、その内部を流通した後に返送
管３８によりタンク３９を経て再び冷却器３１に圧送さ
れるようになっている。

上記の冷却器３１には、−次冷却水の供給管４０および
その返送管４１が接続されており、供給管４０には流量
制御弁４２が取り付けられている。

この流量制御弁４２の開度は、熱電対温度計４３によっ
て計測される冷却器３１の出口水温に基づいて温度指示
調節計４４によって調節され、これにより、冷却器３１
出口水温が一定値（たとえば５０℃）に保持できるよう
に制御されるようになっている。

また、供給管３４を通して熱流計測板１４に供給される
水の水温は、熱電対温度計４５によって計測されるよう
になっているとともに、その流量は上記の流量調整弁３
２の開度を調節することによって決定されるようになっ
ている。この流量は、水が熱流計測板１４を通過した際
の水温上昇がある値（たとえば５　ｄｅｇ程度）となる
ように設定され、−度設定された後は流量計４６および
流［４節計４７によって自動的に流量調整弁３２の開度
が制御されて一定に保持されるようになっている。

また、供給管３５を通して補償冷却板１５に供給される
水の流量は、上記の流量調整弁３３の開度を調節するこ
とによって決定されるが、この流量は、熱電対温度計４
８．４９によってそれぞれ計測される熱流計測板１４の
出口水温、補償冷却板１５の出口水温に基づき、それら
の温度が同等になるように温度指示調節計５０によって
なされるようになっており、その流量は流量計５１によ
って表示されるようになっている。

以上でこの実施例の熱伝導率測定装置の構成を説明した
が、次にその使用方法を説明する。

上記構成の装置によって試料Ｓの高温下における熱伝導
率λの測定を行うには、まず、計測室８内に試料Ｓを配
して、上部断熱材６によって計測室８を密閉するととも
に炉容器ｌの蓋体３を閉じ、主ヒータ９によって計測室
８内を所定の設定温度に加熱し、試料Ｓの内部温度を熱
伝導率を計測するべき温度に保持する。

また、循環装置Ｂの循環ポンプ３０を駆動して、冷却器
３１出口における水温を一定温度たとえば５０℃に保持
し、供給管３４．３５を通して熱流計測板１４、補償冷
却板１５に対してそれぞれ所定の流量で供給する。この
際、上述したように熱流計測板１４に供給する水量は熱
流計測板１４による水温上昇が５　ｄｅｇ程度となるよ
うに（すなわち熱流計測板１４の出口水温が５５℃程度
となるように）設定する。また、補償冷却板１５に供給
される水型は、熱電対温度計４８．４９、温度指示調節
計５０、流ｆｆｉ調整弁３３によって、補償冷却板１５
の出口水温が熱流計測板１４の出口水温と同等（すなわ
ち５５℃程度）となるように自動的に調節される。この
結果、熱流計測板１４と補償冷却板１５の温度は同等に
保持され、また、補償保温板１３にはそれらの双方から
５５℃程度の水が流入することになり、したがって補償
保温板１３の温度はその温度に保持されることになる。

計測室８内の温度、試料Ｓの温度、測温流体としての水
の温度が定常状態となったら、試料Ｓの上面（表面）温
度θ、および下面（裏面）温度θ、を熱電対温度計２２
．２１により計測する。また、熱流計測板１４内を流通
する水の入り口、出口での温度を熱電対温度計４５．４
８によって正確に計測するとともに、その流量を流量計
４６によって計測し、それらの値から熱流計測板１４の
受熱量すなわち試料Ｓを透過した熱貫流量Ｑを求める。

そして、その熱貫流ｆｆ１Ｑと、試料Ｓの上下両面の温
度θ３．θ、および試料Ｓの厚み寸法ｔとから、上述の
（１）式を用いて試料Ｓの設定温度における熱伝導率λ
を求める。なお、この場合、試料Ｓの有効面積Ａは熱流
計測板１４の面積となる。

以上で説明した熱伝導率測定装置にあっては、測温流体
としての水を循環使用するので、多量の測温用ガスを消
費するうえにそのガスを予熱するために多大な熱量を必
要とする従来の装置に比して、運転費を大きく軽減する
ことができる。

また、上記の熱伝導率測定装置にあっては、熱流計測板
１４に供給される水と同一温度の流体が補償冷却板１５
にも供給されるので、熱流計測板１４と補償冷却板１５
の温度が同等に保持されてそれらの間の熱授受を無くす
ことができるし、また、熱流計測板１４および補償冷却
板１５を通過した水は同等の温度となって補償保温板！
３に流入するので、下部断熱材５の温度は熱流計測板１
４や補償冷却板１５よりわずかに高い程度に保持され、
したがって、熱流計測板１４と下部断熱材５との間の熱
授受は無視することができる程度に充分に小さなものと
なる。このため、この熱伝導率測定装置においては、熱
流計測板１４によって測定される熱貫流量Ｑの計測誤差
を小さくでき、もって熱伝導率の測定精度を向上させる
ことができる。また、この結果、第３図に示した従来の
装置においては必要であった補償ヒータＣを省略するこ
とができ、装置の簡略化、小形化が実現できる。

なお、上記実施例の装置においては、試料Ｓの周囲に配
された断熱材１６から外部に対する放熱により測定誤差
が生じることが考えられるが、それに対しては、熱電対
温度計２３・・・によって断熱材１６の内面温度、外面
温度を測定してこの断熱材１６からの放熱量を算出すれ
ば、容易に測定値を補正することができ、測定精度をよ
り一層向上させることができる。

以上でこの発明の一実施例を説明したが、この発明は上
記実施例に限定されるものではない。

たとえば、上記実施例の装置において設けた補償保温板
１３は必ずしも設けることはなく、下部断熱材５の厚み
が充分に大きくて大きな測定誤差が生じる恐れがない場
合等にあっては、補償保温板１３を省略しても良い。こ
の場合、熱流計測板１４および補償冷却板１６から流出
した水を管路によって合流させ、その管路を下部断熱材
５中を蛇行させるようにすれば、補償保温板１３を設け
た場合と同等の効果を得ることができる。

また、上記実施例の装置においては、温度調節手段を１
台の冷却５３１により構成し、その冷却器３１への一次
冷却水の水量を制御することによって循環水温を一定に
保持するように構成したが、温度調節手段はたとえば第
３図に示すように構成しても良い。第３図に示す温度調
節手段６０は、上記実施例における冷却器３１と同様の
冷却器６１と、ヒータ６２を備えた加熱器６３とにより
構成したものであって、温度が上昇（上記実施例におけ
る使用例では５５℃程度）して返送されてきた水をまず
冷却器６１によってたとえば４５℃程度まで湯冷し、次
いで、加熱器６３によって設定温度（５０℃）まで加熱
するようにすると良い。この場合、冷却器６１の出口水
温は正確に制御する必要はなく（シたがって上記実施例
における流量制御弁４２は省略しても良い）、ヒータ６
２の出力を制御することによって加熱器６３の出口水温
のみを制御すれば良い。温度調節手段６０をこのように
構成することにより、循環水温をより精度良く、かつ容
易に制御することが可能となる。

また、上記実施例では測温流体として水を使用したが、
水に限らず油類を用いることでも良いし、あるいはガス
を用いることも可能である。測温流体としてガスを用い
る場合にあっては、循環ポンプに代えてたとえばブロワ
を使用し、流量調整弁や流量計等は気体用のものを使用
すれば良いことはいうまでもない。

さらに、上記実施例においては装置本体を竪型としたが
、装置本体を横型として、試料Ｓを計測室の内部に立て
た状態で配置するように構成することも可能である。

「発明の効果」以上で詳細に説明したように、この発明の熱伝導率計測
装置は、測温流体を一定温度に調節しつつ循環させる循
環装置を備えて測温流体を循環使用するように構成した
ので、多量の測温用ガスを消費するうえにそのガスを予
熱するために多大な熱量を必要とする従来の装置に比し
て、運転費を大きく軽減することができる。

また、この発明の熱伝導率測定装置にあっては、熱流計
測板の周囲に補償冷却板を配して、熱流計測板に供給さ
れる測温流体と同一温度の流体を補償冷却板に供給する
ようにしたので、それらが同等な温度に保持されてそれ
らの間の熱授受を無くすことができる。したがって、こ
の熱伝導率測定装置においては、熱流計測板によって測
定される熱貫流量の計測誤差を小さくでき、もって熱伝
導率の測定精度を向上させることができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示すもので
、第１図はこの実施例の熱伝導率測定装置におけ、本体
の概略構成を示す完断面図、第２図は循環装置の概略構
成図である。第３図はこの実施例の装置における温度調
節手段の他の構成例を示す図である。第４図は従来の熱伝導率測定装置の概略構成を示す完断
面図である。Ａ・・・・・・装置本体、Ｂ・・・・・・循環装置、Ｓ
・・・・・・試料、ｌ・・・・・・炉容器、５，６，７
，１６．１７・・・・・・断熱材、８・・・・・・計測
室、１３・・・・・・補償保温板、１４・・・・・・熱
流計測板、１５・・・・・・補償冷却板、３０・・・・
・循環ポンプ（圧送手段）、３１・・・・・・冷却器（
温度調節手段）、６０・・・・・・温度調節手段。第１図第３図第４図手続辛由正書（自発）

Claims

【特許請求の範囲】

炉容器の内部に周囲を断熱材で覆われた計測室を設け、
その計測室内に定常熱流を生ぜしめて前記計測室内に配
した試料を所望の設定温度に保持し、前記試料を透過し
た定常熱流の熱貫流量を熱流計測板によって計測すると
ともに、その試料の表面温度と裏面温度の温度差を計測
することによって、前記熱貫流量と前記温度差の値から
その試料の前記設定温度における熱伝導率を測定するよ
うに構成された熱伝導率測定装置であって、装置本体と
、測温流体の温度を調節しつつ循環させるための循環装
置とから構成され、前記装置本体は、前記熱流計測板の
周囲に配された補償冷却板を有し、それら熱流計測板、
補償冷却板はいずれもそれらの内部に測温流体が流通し
得る流通路が形成されており、一方、前記循環装置は、
測温流体を一定温度に調節するための温度調節手段と、
測温流体をその温度調節手段に圧送するとともにその温
度調節手段によって一定温度とされた測温流体を前記熱
流計測板および前記補償冷却板に対してそれぞれ供給し
、かつ再び温度調節手段に戻すための圧送手段を有して
なることを特徴とする熱伝導率測定装置。