JPH01184451A - 熱伝導率測定装置 - Google Patents

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、断熱材料や保温材料等の各種材料の特に高
温下における熱伝導率を測定する場合に用いて好適な熱
伝導率測定装置に関する。

「従来の技術Ｊ 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ら大きくなる
、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
示すらのが知られている。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浦助ヒータ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虫を計測するための
熱流計測板ｄを備えた乙のである。この熱伝導率測定装
置は、保護用ｍａ内の中心位置に熱伝導率を測定するべ
き試料Ｓを配するとと乙に、その上下に熱伝導率が既知
の標準伝熱板５Ｉｔｓ！を配し、主ヒータｂ１浦助ヒー
タＣによって保護円筒ａ内部に図中Ａ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
５ｌｎ８２に破線で示すＢのような温度勾配を形成さＵ
ｏ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
、主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、熱貫流ｍをＱ　（Ｋ　ｃａｌ／ｈ）、試料Ｓ
の熱伝導率をλ（Ｋｃａ１／ｆｆｌ−ｈ−ｄｅｇ）、試
料Ｓの厚み寸法をｔ　（＋ｎ）、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θ１
．θ２（℃）とすると、 Ｑ＝（λ／１）・Ａ（θ１−θ、） の関係が成り立つから、この式から、λはλ＝Ｑ−ｔ／
Ａ（θ、−θ、）　　・・・・・・（１）として求めら
れろ。

なお、上記の標準伝熱板ｓＩ＋Ｓｔは、試料Ｓの温度を
高温に保持するためのらのであるとと乙に、それらの表
面温度を温度計ｒ・・・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ｆｆ１Ｑ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の周囲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、充
分な測定精度を得るためには試料Ｓを透過した熱貫流Ｉ
Ｑの値が正確に計測されなければならないことは勿論で
あり、したがって、保゛護円筒ａ内部の熱流が保護円ｒ
ｒＪａ周面を通して外部に放散してしまうことがない、
つまり熱流が上から下に向かってのみ流れて側方に向か
って流れてしまうことがないようにすることが重要であ
る。

このため、上記従来の装置にあっては壁面温度ｈａｔ償
用のヒータｇ・・・を設けているのであるが、それのみ
では充分とはいえず、特に標準伝熱板ｓｌ、ｓ、からの
側方への熱損失を有効に防止し得す、このため熱量計測
装置ｄにおける熱貫流１１Ｑの測定精度は必ずしも充分
に高いとはいえないものであった。

なお、標準伝熱板５ＩｏＳｆｆｉからの側方への熱損失
は、標準伝熱板Ｓｌ＋８２が充分に薄い場合には特に問
題とならないが、試料Ｓの高温下における熱伝導率を測
定する場合には上述したように試料Ｓを高温に保持する
必要があり、このために標準伝熱板５ｌｎＳｆｆｉの厚
み寸法ら大きくせざるを得ず、この場合には標準伝熱板
ＳＩ＋Ｓｔからの側方への熱損失量は無視し得ない程度
に大きなものとなる。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、標準伝
熱板からの側方への熱損失を有効に防止し得て、特に高
温下における熱伝導率を計測する場合に用いて好適な熱
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ｊ この発明は、炉容器の内部に周囲を断熱材で覆われた計
測室を設けて、その計測室内に熱伝導率を測定するべき
試料を配するとともに、熱伝導率が既知の標準伝熱板を
前記試料の少なくとも下面に密着させた状態で配し、前
記計測室の上部から下部に向かう定常熱流を生せしめて
前記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およびその試料の上面温度と下面
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、前記標準伝熱板は、薄板状の断熱材が渦巻き状
に密に巻かれて形成されたものであって、その径方向の
熱伝導率の値が厚み方向の熱伝導率の値に比して小さく
されてい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における標準伝熱板は、薄
板状の断熱材が渦巻き状に巻かれた形態とされているこ
とによってその径方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率
に比して小さくされている、すなわち、この標準伝熱板
はその厚み方向には熱を伝え易いが径方向には熱を伝え
難いものとなっているので、定常熱流は標準伝熱板内を
下方にのみ向かって流れて側方に向かって流れることが
抑制され、したがって、標準伝熱板からの側方への熱損
失が自ずと防止される。

Ｆ実施例」 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図はこの発明の一実施例の熱伝導率測定装置の概略構
成を示す立断面図、第２図はこの装置において用いられ
ている標準伝熱板の斜視図である。

第１図において符号Ｉは炉容器であり、この炉容器Ｉは
、それぞれ水冷ジャケットを有する本体２および本体２
にヒンジ３によって連結された蓋体４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！４＃ｒ熱材７によっ
て、内部に試料Ｓが配される計測室８が形成されている
。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と
ともに、下部断熱材中５にはこの下部断熱材５の内面温
度を熱流計測板１５（後述）の温度と同等に保持するた
めの補償ヒータＩＯが埋め込まれており、それらの主ヒ
ータ９、補償ヒータｌＯには炉容器ｌの蓋体４および本
体２を貫通しているＮ極ＩＩ、１２が接続されている。

なお、符号１３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。

また、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１４によっ
て覆われている。

また、下部断熱材５の上面中央部には円板形状の熱流計
測板１５が配され、その周囲には環状の補償冷却板１６
が配されている。熱流計測板１５は、内部に熱貫流量を
計測するための測温用ガスの流通路が渦巻き状に形成さ
れており、その流通路に測温用ガスを図中の矢印で示す
ように流通さ、仕るためのガス導入管１７およびガス導
出管１８がそれぞれ接続されている。また、補償冷却板
１６は、内部に冷却ガスを流通させるための流通路が渦
巻き状に形成されていて、冷却用ガスを図中の矢印のよ
うに流通させるための冷却ガス導入管１９、冷却ガス導
出管２０かそれぞれ接続されている。上記の測温用ガス
、冷却用ガスは、下部断熱材５中に埋め込まれているガ
ス予熱器２Ｉ、２２によって所定の温度とされた後に、
それぞれ熱流計測板１５、補償冷却板１６に導入される
ようになっている。また、図示は省略したが、測温用ガ
スの入口温度と出口温度、冷却用ガスの入口温度と出口
温度を計測するための温度計がそれぞれ設けられている
。

上記の熱流計測板１５は、測温用ガスの入り口と出口で
の温度を計測することによって、その温度差とガス流通
量とから測温用ガスの受熱量、すなわち試料Ｓを透過し
た熱貫流量を計測するためのらのである。また、その周
囲に配された補償冷却板１６は、熱流計測板１５と同温
度に保持されることによりそれら相互間の熱授受を防ぐ
ためのものである。

上記の熱流計測１ｇ１５および補償冷却板１６の上面に
は測温板２３が配され、その上面には熱伝導率が既知の
材料からなる円板形状の標準伝熱板２４が配されている
。この標準伝熱板２４は、上述した従来の装置における
標準伝熱板Ｓｌ＋８２と同様に試料Ｓの温度を高温に保
持するためのものであるとともに、その上面および下面
の温度を、測温板２３内に挿入されている温度計（図示
路）および後述する下部測温板２５内に挿入されている
熱電対温度計２７によって計測することによって、それ
らの温度差と既知の熱伝導率とから計測値の検証、補正
をするためのものである。

この標準伝熱板２４は、第２図に示すように、薄板状の
断熱ｔｔ２４ａたとえばカーボンファイバの成形板が渦
巻き状に密に巻かれた積層構造のものとされている。こ
のように薄板状の断熱材２４ａが巻かれた形態とされて
いることによって、この標準伝熱板２４はその厚み方向
の熱伝導率が径方向の熱伝導率に比して２〜３倍程度大
きくなっている。すなわち、この標準伝熱板２４は、そ
の厚み方向には熱を伝え易いが、径方向には熱を伝え難
いものとなっている。

そして、この標準伝熱板２４の上面に、下部測温板２５
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２６が配されるよ
うになっている。下部測温板２５、上部測温板２６には
それぞれ熱電対温度計２７．２８が挿入されており、そ
れらの熱電対温度計２７．２８によって試料Ｓの上面、
下面の温度が計測できるようにされている。

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、その上面に上部計測板２６を配し、その上部計′
測板２６中に熱電対温度計２８を挿入する。そして、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
１の蓋体４を閉じ、主ヒータ９、補償ヒータ１０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ｄ計測するべき温度Ｔ℃に保持する。

また、測温用ガス、冷却用ガスをそれぞれ予熱器２１．
２２によって所定温度に加熱して熱流計測板１５、補償
冷却板１６に流通さけ、それらの温度を同等に保持する
。

計測室８内の温度、および試料Ｓ、標準伝熱板２４の内
部温度が定常状態となったら、試料Ｓの上下両面の温度
θ１．θ、を熱電対温度計２８．２７により計測すると
ともに、熱流計測板１５内を流通する測温用ガスの入口
、出口の温度を計測する。

そして、測温用ガスの温度差とその流量とから受熱咀す
なイっち試料Ｓを透過した熱貫流ＩＱを求め、その熱貫
流ｆｆｔＱと、試料Ｓの上下両面の温度θｌ。

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の温度Ｔ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１５
の面積となる。

また、標準伝熱板２４の上下両面の温度差も計測し、そ
れらの値と上記の熱貫流量Ｑとからこの標準伝熱板２４
の熱伝導率（厚み方向の熱伝導率）を求め、その値を既
知の熱伝導率（すみ方向の熱伝導率）の値と比較するこ
とによって計測結果を検証し、また必要に応じて補正す
れば良い。

以上で説明した熱伝導率測定装置は、標準伝熱板２４と
して、薄板状の断熱材２４ａが渦巻き状に巻かれた形態
とされていることによって、その径方向の熱伝導率が厚
み方向の熱伝導率に比して小さくされたものを用いてい
るので、試料Ｓを透過した定常熱流は標準伝熱板２４内
を下方にのみ向かって流れて側方に向かうことが抑制さ
れ、したがって標準伝熱板２４の側方への熱損失が自ず
と抑制され、この結果、熱貫流量Ｑを正確に計測し得て
測定精度を向」ニさせることができる。

また、この装置は、計測室８の内面に良熱伝導性材料か
らなる壁面温度補償板１４を設けたので、この補償板１
４の温度は、それ自身の伝熱作用によって計測室８内の
熱を受けて計測室８内の部分はほぼ同一温度に、そして
、距離が離れるにしたがって側部断熱材７を通して逃げ
る熱とによってバランスした温度に自ずと保持され、し
たがって、標準伝熱板２４と補償板１４との温度差が自
ずと解消されて定常熱流が側部断熱材７を通して放熱さ
れることが防止される。したがって、この点においても
熱貫流量Ｑの計測精度を向上させることができるととも
に、従来の装置における壁面温度補償用のヒータｇ・・
・を設ける必要がなくなり、装置の簡略化、小形化が実
現できる。

なお、上記実施例では、標準伝熱板２４を形成する薄板
状の断熱材２４ａとしてカーボンファイバの成形板を例
示したが、断熱性および耐熱性を有する材料であれば他
の材料を用いても良いことは勿論である。また、第３図
に示すように、異種の材料からなる２枚の薄板を重ねて
巻き付けることによって標準伝熱板３０を形成しても良
い。この場合、２枚の薄板のうちの一方を薄板状の断熱
材３０ａたとえばアルミナシリカペーパー等を用い、他
方を良熱伝導性材料たとえば金属板３０ｂを用いれば、
厚み方向に対しては金属板３０ｂによって良好な熱伝導
性が確保できるとともに、径方向に対しては断熱材３０
ａによって熱伝導が抑制されることになり、厚み方向の
熱伝導率と径方向の熱伝導率との比を大きくすることが
可能である。この他、グラファイト断熱材とグラファイ
トのフォイルを多層巻きした組み合わせも、より高温の
用途に対して有効である。

また、上記実施例では、標準伝熱板を試料の下面側にの
み設けたが、上記と同様に形成した標準゛伝熱板を試料
の上面側にも設けるようにしてら勿論良い。

「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、薄板状の断熱材を渦巻き状に密に巻かれて形成
されていて径方向の熱伝導率がダみ方向の熱伝導率に比
して小さくされている標準伝熱板を用いたので、この標
準伝熱板の側方への熱損失が自ずと抑制され、この結果
、熱貫流量を正確に計測し得て測定精度を向上させるこ
とができる、という効果を奏し、したがって、特に標準
伝熱板の厚みを大きくする必要のある高温下における熱
伝導率測定の際に用いて好適である。

【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の全体概略構
成を示す立断面図、第２図は標準伝熱板の構成を示す斜
視図である。第３図は標準伝熱板の他の構成例を示す斜
視図である。 第４図は従来の熱伝導率測定装置の概略構成を示す立断
面図である。 Ｓ・・・・・・試料、１・・・・・・炉容器、５，６．
７・・・・・・断熱材、８・・・・・・計測室、２４．
３０・・・・・・標準伝熱板、２４ａ。 ３０ａ・・・・・・薄板状の断熱材。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第２図 手続を市正書（自発） ヨ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉容器の内部に周囲を断熱材で覆われた計測室を設けて
   、その計測室内に熱伝導率を測定するべき試料を配する
   とともに、熱伝導率が既知の標準伝熱板を前記試料の少
   なくとも下面に密着させた状態で配し、前記計測室の上
   部から下部に向かう定常熱流を生ぜしめて前記試料を所
   望の設定温度に保持し、前記試料を透過した定常熱流の
   熱貫流量およびその試料の上面温度と下面温度の温度差
   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、前記
   標準伝熱板は、薄板状の断熱材が渦巻き状に密に巻かれ
   て形成されたものであって、その径方向の熱伝導率の値
   が厚み方向の熱伝導率の値に比して小さくされているこ
   とを特徴とする熱伝導率測定装置。