JPH05119002A - 熱伝導率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱伝導率測定装置に関し、測定環境に影響さ
れることなく、低い熱伝導率の測定対象物の測定精度を
向上するとともに、取扱が容易で適用範囲の広い熱伝導
率測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 一端部１ａを封止した管状体１の内部に、該
封止された一端部１ａから他端部１ｂに導出されるリー
ド３を配設した管状発熱体１０と、上記管状体１の内部
に配置され、上記他端部１ｂに導出されるリード２ａ，
２ｂとを備える温度センサ２とより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の熱伝導率の測定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物質の熱伝導率測定法の一種として非定
常熱線法が知られている。この方法は、固体試料の中に
発熱体を配置し、これに一定の電力を供給し続けること
によって、発生するジュール熱が固体試料に伝導されて
いく際の発熱体の温度上昇過程を計測し、これを所与の
原理式に従って解析することにより当該固体試料の熱伝
導率を求めるものである。

【０００３】かかる原理を応用した種々の熱伝導率測定
装置が提供されており、例えば実公昭５６−１２６０５
号公報に記載の熱伝導率測定装置がある。図４は上記実
公昭５６−１２６０５号公報に記載の熱伝導率測定装置
の構成の概念図である。この熱伝導率測定装置は、支持
枠８１に緊張支持された発熱体９０と温度センサ９１と
よりなる測定機構８０を備え、該測定機構８０の上下を
同一素材の試料片Ｍ₁ ，Ｍ₂ で挟み込んで熱伝導率を測
定するようにしている。

【０００４】ところがかかる構成の熱伝導率測定装置で
は上記発熱体９０及び温度センサ９１が直接試料片
Ｍ₁ ，Ｍ₂ に接触するところから切断されやすく、また
同一の試料片でも上記測定機構８０への当接圧や位置の
変化等によって測定値の再現性が低くなる欠点がある。

【０００５】図５は既知の熱伝導率に対する上記熱伝導
率測定装置の計測値の特性を示すグラフである。上記熱
伝導率測定装置では、温度センサとしての熱電対は露出
しているので、操作者の手、試料片、その他の器具との
接触によって損傷されやすい。従ってこの欠点をカバー
しようとすると、上記熱電対の素線を太くする必要があ
るが、太い素線を用いると該素線の熱容量が大きくなり
上記発熱体で生じた熱が損失して、該熱電対の検出する
温度が低くなり、例えば断熱用の発泡ウレタンのよう
な、特に熱伝導率の低い物体を測定しようとする場合に
は図５に示すように、従来の装置の測定特性曲線ａは熱
伝導率０．０４kcal/m²h℃を境界値として大きく線型性
を失い、実際の熱伝導率よりも高い値を示すこととな
る。

【０００６】さらに本出願人は図６、図７に示すような
実公平２−１７３２９号公報に記載の熱伝導率測定装置
を開示した。すなわち、図６は上記公報に記載の熱伝導
率測定装置の構成を示す一部破断斜視図であり、図７は
その装置を用いた測定要領の概念図である。

【０００７】図６に示すように、管状発熱体１０と、該
管状発熱体１０の内部に収容された温度センサ２とを備
え、該管状発熱体１０の両端部はそれぞれ外部端子ａ，
ｂを通じて電力供給手段に接続されるとともに、上記温
度センサ２の両リード２ａ，２ｂは管状発熱体１０の両
端部より導出されて所定の測定装置に接続されている。
この装置においては上記温度センサ２の熱容量をできる
だけ低減するために異種金属を測温点２１において接合
した熱電対を採用しており、上記管状発熱体１０の内部
における温度センサ２の測温点２１以外の部分は、例え
ばテフロン等の絶縁部材４で被覆されている。

【０００８】このような熱伝導率測定装置は、図７に示
すように、上記実公昭５６−１２６０５号公報に記載の
熱伝導率測定装置と同様に同一素材を分割した試料片Ｍ
₁ ，Ｍ₂ の間に管状発熱体１０を挟み込み、該管状発熱
体１０に一定の電力を供給することにより、該管状発熱
体１０の温度を内部に収容した温度センサ２で捉え、所
定の測定ユニットで管状発熱体１０の温度の経時的変化
をもとに熱伝導率を算出・表示するようにしている。

【０００９】上記構成の熱伝導率測定装置は図４に示す
熱伝導率測定装置よりも全体を小型化することができる
ので、しかも、温度センサ２を被覆する絶縁材４が絶縁
作用だけでなく温度センサ２を保護する役割を果たすた
め、上記リード２ａ，２ｂの断線等が防止され、取扱容
易にして比較的均一なセッティングが可能であり、更に
試料に対してどの方向にも均等に熱を拡散せしめること
もあいまって、高い精度で且つ測定値の再現性を比較的
高くすることができる利点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記図６
に示す実公平２−１７３２９号公報に記載の熱伝導率測
定装置においても、実公昭５６−１２６０５号公報に記
載の熱伝導率測定装置と同様、測定対象を２つの試料片
Ｍ₁ ，Ｍ₂ に分割した状態でないと測定を行えないとこ
ろから、例えば船舶に積載された冷凍コンテナの断熱充
填材（主に発泡樹脂が使用されている）のような特定の
構造物に付帯した物体の熱伝導率を測定しようとする場
合には、試料片として採取しなければならず、さらに測
定対象物によっては該採集によって生じた欠損部を補修
する等の手間がかかる。

【００１１】また、図６に示す熱伝導率測定装置の温度
センサ２は管状発熱体１０の両端より外部に導出される
構成としているので、リード２ａ，２ｂが長くなり該管
状発熱体１０が発生した熱の損失量が大きくなり、上記
図５に示したような特性曲線ａの非線型部分が長くなる
傾向があり、測定値の補正が求められることに変わりが
ない。

【００１２】本発明は上記従来の事情に鑑みて提案され
たものであり、測定環境に影響されることなく、低い熱
伝導率の測定対象物の測定精度を向上するとともに、取
扱が容易で適用範囲の広い熱伝導率測定装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、図１
乃至図３に示すように、一端部１ａを封止した管状体１
の内部に、該封止された一端部１ａから他端部１ｂに導
出されるリード３を配設した管状発熱体１０と、上記管
状体１の内部に配置され、上記他端部１ｂに導出される
リード２ａ，２ｂとを備える温度センサ２とよりなる熱
伝導率測定装置であり、この構成において、上記リード
３を管状体とするとともに、該リード３内に温度センサ
２を配置することや、上記管状体１の内部に、上記各リ
ード２ａ，２ｂ，３と管状体１とを絶縁する絶縁材４を
充填するようにしてもよい。

【００１４】さらに、上記管状発熱体１０の他端部１ｂ
に、該管状発熱体１０の試料への挿入深さを調整するス
トッパー１１を設けることも可能である。

【００１５】

【作用】上記の構成によれば、管状発熱体１０の他端部
１ｂ側から、電源に接続される上記管状発熱体１０に接
続するリード３、及び温度センサ２の両リード２ａ，２
ｂを導出するようにしたので、該管状発熱体１０の一端
部１ａ側から測定対象に接触ないしは穿刺させることが
できる。

【００１６】また温度センサ２の両リード２ａ，２ｂを
管状発熱体１０の一端側にまとめて導出しているので、
両リード２ａ，２ｂからの熱損失が抑制でき、また管状
発熱体１０内での位置決めが容易となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づき説明する。図１
は本発明の一実施例の要部拡大断面図であり、図２はそ
の斜視図である。

【００１８】本発明に係る一実施例は、管状発熱体１０
が管状体１の一端部１ａを封止し、該封止された管状体
１の内部に、一端部１ａから他端部１ｂに導出されるリ
ード３を配設することによって構成される。この管状発
熱体１０の管状体１の内部には温度センサとして熱電対
２が配置され、該熱電対２のリード２ａ，２ｂは管状体
１の他端部１ｂより導出されるようにしている。

【００１９】また、管状発熱体１０の内部を充填するＭ
ｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ を主成分とする熱伝導率の高いセラミ
ックスよりなる絶縁材４によって、上記熱電対２及びリ
ード３はともに、該管状体１の内周面より絶縁されるよ
うにして位置決め固定がなされる。

【００２０】上記管状発熱体１０の他端部１ｂには、該
管状発熱体１０よりも大径の把持部を兼ねるストッパー
１１が固定されており、このストッパー１１後端から導
出されるコード１２を通じて図示しない測定ユニットに
接続されている。

【００２１】このような構成の熱伝導率測定装置を使用
するに際しては、上記ストッパー１１を把持しながら管
状発熱体１０の一端部１ａより上記ストッパー１１の端
面１１ａが測定対象の表面に当接するまで穿刺して、上
記管状発熱体１０に通電して測定を開始する。

【００２２】このような構成の実施例は、管状発熱体１
０の他端部１ｂ側からリード３、及び熱電対２のリード
２ａ，２ｂを導出するようにしたので、該管状発熱体１
０の一端部１ａ側から測定対象に接触ないしは穿刺させ
ることができ、しかも硬質なセラミックス材料よりなる
絶縁材４を管状発熱体１０の内部に充填しているので、
管状発熱体１０自体の曲げ強度も高まり、例えば主に発
泡樹脂が使用されている冷凍コンテナの断熱充填材のよ
うな比較的柔軟な測定対象を現場にて管状発熱体１０を
直接穿刺して測定することができるので、試料片として
採取する必要がなく手軽に熱伝導率の測定を行うことが
できる。

【００２３】また、該管状発熱体１０の径方向の全周面
が測定対象物で囲まれる上に、外部測定ユニットに接続
するための管状発熱体１０に接続される導線及び熱電対
２の両リード２ａ，２ｂが管状発熱体１０の他端部１ｂ
側にまとめられたところから、例えば把持部（ストッパ
ー）１１での断熱構造に留意するだけで従来測定精度を
低下させていた管状発熱体１０及び熱電対２に接続され
たリードからの熱損失を抑えることができて、図５の測
定特性曲線ｂに示すように低い熱伝導率を測定する場合
にも大きく線型性を逸脱することなく、精度の高い測定
値をうることができる。

【００２４】この実施例では熱電対２の位置及びリード
２ａ，２ｂの位置が固定されるので該リード２ａ，２ｂ
として極めて小径の材料で足りることになり、熱電対２
自体の熱容量を低減することができ、管状発熱体１０で
発生させた熱の損失を抑制して測定精度の向上を図るこ
とができる。

【００２５】さらに、測定対象の表面に上記把持部を兼
ねるストッパー１１の端面１１ａが当接するまで上記管
状発熱体１０を測定対象へ穿刺して、穿刺深さを一定に
することができる。このストッパー１１は必ずしも、上
記把持部と兼ねる必要はなく、単独で管状発熱体１０の
所定位置に固定するか、あるいは該管状発熱体１０の長
手方向に摺動自在にして測定対象における測定部位を任
意の深さ位置に設定することも可能である。

【００２６】尚、上記実施例の測定対象は上記冷凍コン
テナの断熱充填材に限定されず、従来と同様の測定対象
物はもとより、粉体の熱伝導率も容易に測定することが
できる。

【００２７】また、図３は本発明の他の実施例の要部拡
大断面図であり、この実施例においては、上記リード３
を管状発熱体１０よりも径の小さい極細パイプ状とし、
該リード３の中空の内部に熱電対２を収容するととも
に、該管状発熱体１０とリード３との空隙及びリード２
の内部を上記と同様の熱伝導率の高いセラミックスより
なる絶縁材４で充填しており、管状発熱体１０の他端部
１ｂ側からリード３、及び熱電対２のリード２ａ，２ｂ
を導出するようにしている点や、管状発熱体１０の他端
部１ｂは、該管状発熱体１０よりも大径の把持部を兼ね
るストッパー１１に固定されている点では上記一実施例
と同様である。

【００２８】この実施例は上記絶縁材４によってリード
３の内部での熱電対２を位置決め、固定を行い、しかる
後、管状発熱体１０にリード３を所定手法により接続
し、位置決め、固定を行うという手順で製造することが
できる。

【００２９】従ってこの実施例によれば、上記第１の実
施例の利点に加えて、製造が比較的容易で歩留りを高め
ることができるとともに、熱電対２の測温点２１が測定
対象内での熱の拡散中心である管状発熱体１０の軸心上
に位置することになり、上記実施例よりもさらに測定精
度を高めることができる。

【００３０】尚、上記いずれの実施例において、温度セ
ンサとして熱電対を使用しているが、他の温度検知素子
を温度センサとして採用することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、管状発熱
体から導出されるリードと、温度センサの両リードを管
状発熱体の一方の端部より導出することにより、管状発
熱体の他方の端部から測定対象に接触もしくは穿刺させ
ることができて、測定時の取扱が容易となり、さらに構
造物に付帯された測定対象を採取することなく熱伝導率
の測定を行うことができる。

【００３２】さらに、上記リードを極細パイプ状とし、
該リードの中空の内部に温度センサを収容させることに
より、製造をより容易とすることができて、製品の歩留
りを高めることができるとともに、該管状発熱体で発生
した熱の拡散中心に温度センサの測温点を位置させるこ
とができて、より精度の高い熱伝導率の測定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の要部断面図である。

【図２】本発明に係る一実施例の要部斜視図である。

【図３】本発明に係る他の実施例の要部断面図である。

【図４】従来例の概念図である。

【図５】本発明の適用される装置の測定特性を示すグラ
フである。

【図６】他の従来例の一部破断斜視図である。

【図７】他の従来例の測定要領を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 管状体 １ａ 一端部 １ｂ 他端部 ２ 温度センサ（熱電対） ２ａ，２ｂ リード ３ リード ４ 絶縁材 １０ 管状発熱体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部(1a)を封止した管状体(1) の内部
   に、該一端部(1a)から他端部(1b)に導出されるリード
   (3) を配設した管状発熱体(10)と、 上記管状体(1) の
   内部に配置され、上記他端部(1b)に導出されるリード(2
   a),(2b) を備える温度センサ(2) とよりなることを特徴
   とする熱伝導率測定装置。
2. 【請求項２】 上記リード(3) を管状体とするととも
   に、該リード(3) 内に温度センサ(2) を配置したことを
   特徴とする請求項１に記載の熱伝導率測定装置。
3. 【請求項３】 上記管状体(1) の内部に、上記各リード
   (2a),(2b),(3) と管状体(1) とを絶縁する絶縁材(4) を
   充填したことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導率測
   定装置。
4. 【請求項４】 上記管状発熱体(10)の他端部(1b)に、該
   管状発熱体(10)の試料への挿入深さを調整するストッパ
   ー(11)を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱伝
   導率測定装置。