JP2638994B2

JP2638994B2 - 熱伝導率測定方法

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Publication number: JP2638994B2
Application number: JP63236727A
Authority: JP
Inventors: 芳樹土田
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH0283440A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、断熱材や保温材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採用して好適な熱伝
導率測定方法に関するものである。

「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条件によって
変化するものであって、第７図に示すように温度が高い
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試料を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８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ｂ、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の上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。

この熱伝導率測定装置によって測定を行うには、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s₁,s₂を配し、主ヒータｂ、補助ヒータｃを制御する
ことによって保護円筒ａ内部に図中破線Ａで示すような
熱平衡状態を作って、試料Ｓおよび標準伝熱板s₁,s₂に
折線Ｂのような温度勾配を形成させ、試料Ｓの平均内部
温度が熱伝導率を計測するべき温度Ｔ℃になるように保
持する。

そして、定常状態において試料Ｓの上面、下面の正確
な温度を温度計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Ｔ℃（試料Ｓの平均内部温度）における熱伝導率を
算出するようにしている。

すなわち、計測された熱貫流量がＱ（Kcal/h）、試料
Ｓの上面温度、下面温度がそれぞれθ₁,θ_２（℃）であ
ったとし、試料Ｓの厚み寸法がδ（ｍ）、試料Ｓの有効
面積がＡ（m²）であったとすると、試料Ｓの温度Ｔ℃に
おける熱伝導率λ（Kcal/m・ｈ・deg）は、Ｑ＝（λ／δ）・Ａ（θ_１−θ_２）の関係が成り立つから、この式から、 λ＝Ｑ・δ/A（θ_１−θ_２） ……（１）として求められる。

なお、上記従来の熱伝導率測定装置における標準伝熱
板s₁,s₂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
の熱貫流量Ｑ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内部の温度勾配がＡ
の状態となるように保護円筒ａの表面温度を制御し、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、上記の場合、試料Ｓの上面温度θ_１が熱伝
導率λを測定するべき温度Ｔより若干高くなるように
し、かつ、下面温度θ_２が測定温度Ｔより若干低くなる
ようにして、それら上面、下面での温度θ₁,θ_２の単純
平均温度を試料Ｓ全体の温度を代表する平均内部温度と
みなし、この平均内部温度をもって測定温度Ｔとしてい
る。つまり、Ｔ＝（θ_１＋θ_２）/2 の関係を満たすように、θ₁,θ_２の値を保持するように
している。

しかしながら、上記のように、試料Ｓの上下両面の単
純平均温度をもって試料Ｓ全体の温度を代表させること
は、以下のような理由から必ずしも妥当ではない。

すなわち、試料Ｓの熱伝導率が温度によって不変であ
って、その内部温度が第８図にＢで示されているように
上面温度θ_１と下面温度θ_２との間で直線的に変化して
いる場合には、上下両面の単純平均温度をそのまま試料
Ｓの平均内部温度の見なして差し支えないが、一般に試
料Ｓの熱伝導率は上述したように温度によって変わるた
め、内部温度はそのように直線的に変化することはな
く、たとえば第９図にＢ′で示すように曲線的に変化す
るものである。そして、この場合には、上下両面の温度
θ₁,θ_２の単純平均として算定される内部平均温度Ｔ
と、実質的な内部平均温度Ｔ′との間に大きな誤差が生
じてしまい、上下両面の単純平均温度が試料Ｓ全体の温
度を代表するとはいえない場合がある、という問題があ
る。

このような場合にあっても、上下両面の温度θ₁,θ_２
の差が充分に小さい場合には、温度変化曲線はほぼ直線
とみなすことができて上記の誤差はほぼ無視することが
できるので、したがってその温度差はできるだけ小さく
することが望まれるのであるが、温度差を充分に小さく
した場合には、また別の問題を生じる。すなわち、試料
Ｓの上下両面での温度差を上記の誤差が無視できる程度
に小さくすることは、試料Ｓを極力薄くする必要が生じ
たり、試料Ｓの上下両面の温度を一定に保持することが
著しく困難になるばかりでなく、それらの温度の計測誤
差が僅かであっても測定結果に大きな影響が及び、得ら
れる熱伝導率の値に大きな誤差が生じてしまうことがあ
る。このことから、従来においては、上述したような問
題を内在しながらも、試料Ｓの上下両面にある程度大き
な温度差を確保せざるを得ないものであった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、所望の
測定温度における試料の熱伝導率を、容易にかつ正確に
測定することのできる測定方法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」本発明は、所定の測定温度Ｔにおける試料の熱伝導率
λを測定するに際し、試料の下面温度T₀を前記測定温度
Ｔより充分に低くかつ一定温度に保持したまま、試料の
上面温度Tmを下面温度T₀より十分に高い温度となすとと
もにその上面温度Tmを順次変更していって、それぞれの
状態における試料の熱伝導率λｍの計測を複数回行い、
それらの計測値から、試料下面温度T₀が一定に保持され
た場合における試料上面温度Tmと熱伝導率λｍとの関係
を表す関数を決定し、その関数に基づいて、試料の内部
温度が前記測定温度Ｔとなっている状態における熱伝導
率λを演算により算出するようにしたものである。

「実施例」以下、本発明の実施例を説明するが、それに先立ち、
本発明方法を実施するに際して用いて好適な熱伝導率測
定装置の一例を第１図を参照して説明し、また、本発明
方法の基本原理について第２図を参照して説明する。

まず、第１図を参照して、本発明方法を実施するに際
して用いて好適な熱伝導率測定装置について説明する。
第１図はその装置の概略構成を示す立断面図であって、
図中符号１は炉容器である。この炉容器１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10が埋め込まれており、それらの主ヒー
タ９、補償ヒータ10には炉容器１の蓋体４および本体２
を貫通している電極11,12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。この補償板14は、その優れた熱伝導性
によって計測室８の上部から下部に向かって熱を運び、
もって、側部断熱材７の内面温度を試料Ｓの各々の位置
の温度と同等に保持するためのものである。したがっ
て、この装置においては、従来の装置（第８図参照）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、小形化が実現されている。

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
に流通させ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がそれぞ
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21,22に
よって所定の温度とされた後に、それぞれ熱流計測板1
5、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ものである。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。

上記の熱流計測板15および補償冷却板16の上面には下
部測温板23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24が配
されるようになっている。また、試料Ｓの周囲には断熱
材25が配されるようになっている。下部測温板23、上部
測温板24にはそれぞれ熱電対温度計（図示略）が挿入さ
れており、それらの熱電対温度計または上記の放射温度
計13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。

なお、本例では、測温および冷却の媒体としてガスを
用いているが、ガスに変えて水等の他の流体を用いるこ
とは差し支えない。

上記の熱伝導率測定装置を用いて熱伝導率の測定を行
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24を配し、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を閉じる。そして、
以下で説明する測定方法により試料Ｓの上下両面の温度
を制御し、それらの温度と、熱流計測板15によって計測
される定常熱流の熱流量とから上述の（１）式に基づい
て熱伝導率を求めるのであるが、本実施例の測定方法を
説明するに先立ち、その基本原理を第２図を参照して説
明する。

上記の測定装置を用いて測定温度がＴ℃における試料
Ｓの熱伝導率λ、すなわち試料Ｓの平均内部温度がＴ℃
となっている状態における熱伝導率λの値を求める場
合、次のような測定手順が考えられる。

まず、試料Ｓの下面温度を測定温度Ｔより充分に低い
温度T₀に保持するとともに、試料Ｓの上面温度をＴより
ΔＴ（deg）だけ低い温度T₁に保持するように制御す
る。そのΔＴの値は充分に小さくし、たとえば、測定温
度Ｔ＝2,000℃の場合には、下面温度T₀＝100℃とすると
ともに、ΔＴ＝50degとして上面温度T₁＝Ｔ−ΔＴ＝1,9
50℃となるように制御する。これにより、試料Ｓの内部
には、第２図にＢ″で示すような温度勾配が生じる。

そして、その状態における試料Ｓの熱伝導率λ_１を求
める。すなわち、具体的には、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に流通させることによってそ
れらの温度を同等に保持するようにし、計測室８内の温
度および試料Ｓの内部温度が定常状態となったら、つま
り温度変化が認められなくなったら（より具体的には、
温度変化がたとえば10分間で±0.5degの範囲内に収まる
か、あるいは許容値に対して±0.1％の範囲内に収まっ
たら）、熱流計測板15内を流通する測温用ガスの入口、
出口の温度を計測し、測温用ガスの温度差とその流量と
から受熱量すなわち試料Ｓを透過した熱貫流量Q₁を求
め、その熱貫流量Q₁と、試料Ｓの上下両面の温度T₁,T₀
および試料Ｓの厚み寸法δとから、次の（２）式に基づ
いてこの状態における試料Ｓの熱伝導率λ_１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。

Q₁＝（λ₁/δ）Ａ（T₁−T₀） ……（２） T₁＝Ｔ−ΔＴこれにより、上面温度がT₁℃、下面温度がT₀℃におけ
る熱伝導率λ_１が求められる。

次に、試料Ｓの下面温度はそのままT₀を保持し、上面
温度のみを上昇させてＴよりΔＴだけ高温のT₂に保持す
るように制御する。つまり、T₂＝Ｔ＋ΔＴとする（上記
の例では、T₂＝2,050℃となる）。そして、定常状態と
なったらその状態における熱貫流量Q₂を上記と同様にし
て求め、次の（３）式に基づいてこの状態における熱伝
導率λ_２を求める。

Q₂＝（λ₂/δ）Ａ（T₂−T₀） ……（３） T₂＝Ｔ＋ΔＴこれにより、上面温度がT₂℃、下面温度がT₀℃におけ
る熱伝導率λ_２が求められる。

この状態において、試料Ｓの内部には第２図にＢで
示すような温度勾配が生じるが、この温度勾配曲線Ｂ
から、試料Ｓの内部温度がT₁となっている部分の試料下
面からの距離がｘであると仮定する。そして、試料Ｓの
厚みを下面からそのｘまでの部分と、そのｘの位置から
上面までの２つの部分に分割して考えると、定常状態に
おいてはいずれの部分も熱貫流量Q₂は一定であることか
ら、上記（３）式は、次のように展開することができ
る。

Q₂＝（λ₂/δ）Ａ（T₂−T₀） ……（３）＝（λ₁/x）Ａ（T₁−T₀） ……（３）′ ＝｛λ／（δ−ｘ）｝Ａ（T₂−T₁） ……（３）″ ここで、（３）′式は試料下面からｘまでの部分の熱
バランスを示しており、この部分では上面温度（ｘの位
置における温度）T₁、下面温度T₀であるから、ここでの
熱伝導率の値は上記（２）式で求められたλ_１となって
いる。また、（３）″式は、ｘの位置から試料上面まで
の部分における熱バランスを示しており、この部分では
上面温度T₂、下面温度（ｘの位置における温度）T₁であ
るから、ここでの熱伝導率の値がすなわち最終的に求め
るべき熱伝導率λの値となっている。

したがって、（３）式＝（３）′式とおいてこれを解
くと、ｘ＝（λ₁/λ_２）・δ・（T₁−T₀）／（T₂−T₀） ……（４）となり、（３）′式＝（３）″式として（４）式を代入
してこれを解くと、 λ＝λ_２・（T₂−T₀）／（T₂−T₁） −λ_１・（T₁−T₀）／（T₂−T₁） ……（５）となり、この（５）式により、上面温度がT₂、下面温度
がT₁の場合における熱伝導率λが、上面温度がT₁であり
下面温度がT₀の場合における熱伝導率λ_１の値と、上面
温度がT₂であり下面温度がT₀である場合における熱伝導
率λ_２の値とから、求められることになる。

そして、この場合、T₁とT₂の差が充分に小さいことか
ら、それらの単純平均温度をそのまま試料Ｓの平均内部
温度と見なして差し支えなく、したがって、上記（５）
式で得られたλの値は、測定温度Ｔ＝（T₁＋T₂）/2にお
ける熱伝導率の値と見なすことができるものである。

以上で本実施例の測定方法の基本原理を説明したが、
次に、本実施例の測定方法について第３図を参照して説
明する。

本実施例の測定方法は、試料Ｓの測定温度Ｔ℃におけ
る熱伝導率λを求めるにあたり、試料Ｓの下面温度を上
記と同様に測定温度Ｔより十分に低いT₀に保持したま
ま、試料Ｓの上面温度Tmを下面温度T₀より十分に高く
し、かつ、その上面温度Tmを順次変えて少なくとも３回
の測定を行い、上記で導き出された（５）式を利用して
測定温度Ｔにおける熱伝導率λを演算により算出するも
のである。

すなわち、試料Ｓの下面温度をT₀とし、上面温度Tmを
まず任意の温度Tm₁として、その状態における熱貫流量Q
m₁を測定し、それらの値から、上述した（２）式、
（３）式と同様の次式に基づきその状態における熱伝導
率λm₁の値を求める。

Qm₁＝（λm₁/δ）Ａ（Tm₁−T₀） ……（６）次に、下面温度をそのままT₀に保持したまま、上面温
度Tmのみを変更して任意の温度Tm₂となし、その状態に
おける熱貫流量Qm₂を計測し、熱伝導率λm₂を上記と同
様に次式に基づいて求める。

Qm₂＝（λm₂/δ）Ａ（Tm₂−T₀） ……（６）′ さらに、下面温度をT₀に保持したまま上面温度Tmを任
意の温度Tm₃に変更し、その状態における熱貫流量Qm₃を
測定し、同様にしてその状態における伝導率λm₃を次式
に基づいて求める。

Qm₃＝（λm₃/δ）Ａ（Tm₃−T₀） ……（６）″ 上記の３回の測定を行う際の試料上面温度Tm₁,Tm₂,Tm
₃は、下面温度T₀に対して十分に高くなっていれば良
く、必ずしも測定温度Ｔに近い温度とする必要はない。
また、それらの温度差も任意である。

そして、上記の測定結果から、試料Ｓの上面温度Tmを
横軸とし、熱伝導率λｍを縦軸とする第３図に示すよう
なグラフを作成するとともに、それらの測定値から、λ
ｍとTmとの関係を表す二次関数Φを求める。すなわち、 λｍ＝Φ（Tm）＝aTm²＋bTm＋ｃ ……（７）として、上記a,b,cの値をたとえば最小自乗法により決
定する。

この関数Φが決定されれば、下面温度がT₀であり上面
温度が任意の温度Tmである場合における熱伝導率λｍが
上記（７）式から、あるいは第３図のグラフを読み取る
ことによって、求められることになる。

したがって、上記（７）式により下面温度がT₀、上面
温度がT₁の場合における熱伝導率λ_１は、 λ_１＝aT₁ ²＋bT₁＋ｃ ……（８）として求められ、また、下面温度がT₀、上面温度がT₂の
場合における熱伝導率λ_２は、 λ_２＝aT₂ ²＋bT₂＋ｃ ……（９）として求められるので、これらλ_１、λ_２の値を、下面
温度がT₁であり上面温度がT₂である場合における熱伝導
率λを求めるための上記（５）式に代入して整理する
と、次式が得られる。

λ＝ａ（T₂ ²＋T₂T₁＋T₁ ²）＋（ｂ−aT₀）（T₂＋T₁）＋（ｃ−bT₀） ……（10）この（10）式から、下面温度がT₁であり上面温度がT₂
である場合（すなわち、試料Ｓの平均内部温度が測定温
度Ｔとなっている場合）における熱伝導率λの値が、そ
れらT₂,T₁の値、上記（７）式の関数Φにおけるa,b,cの
値、その関数Φを決定するための測定の際の試料Ｓの下
面温度T₀の値、によってのみ算出し得ることになる。す
なわち、関数Φが決定されれば、試料Ｓの上面温度を実
際に測定温度Ｔに近い温度として測定せずとも、その測
定温度Ｔにおける熱伝導率λの値が（10）式により演算
によって求められることになる。

そして、最終的に求めたい熱伝導率λの値は、理想的
には試料Ｓの両面の温度T₁,T₂の温度差が限りなく小さ
いときの値、すなわち、T₂≒T₁＝Ｔとおいた値であるか
ら、上記（10）式にT₂＝T₁＝Ｔを代入すると、 λ＝3aT²＋２（ｂ−aT₀）Ｔ＋（ｃ−bT₀） ……（11）となり、この（11）式により、試料Ｓの測定温度Ｔにお
ける熱伝導率λが求められることになる。

したがって、この（11）式から任意の測定温度Ｔにお
ける熱伝導率λを直ちに算出することができるし、（1
1）式から第９図に示したようなグラフが作成できるか
ら、そのグラフを読み取ることで任意の測定温度Ｔにお
ける熱伝導率λを直ちに求めることができる。

以上で説明したように、上記実施例の測定方法によれ
ば、試料Ｓの下面温度T₀を一定に保持したまま試料Ｓの
上面温度Tmを変えて３回の測定を行い、その結果に基づ
いて試料Ｓの上面温度Tmと熱伝導率λｍとの関係を表す
関数Φを決定し、その決定された関数Φに基づいて所望
の測定温度Ｔにおける熱伝導率λを演算により求めるの
で、任意の測定温度Ｔにおける熱伝導率λの値を、容易
にかつ正確に求めることができる。

そして、この場合、関数Φを決定するためにはわずか
３回の測定を行うのみで良いし、その測定は試料Ｓの上
下両面での温度差が大きく確保されている状態で行うか
ら、試料Ｓの温度制御が容易であるし、また、測定誤差
が大きくなることもない。

なお、上記実施例では、試料Ｓの上面温度λｍと熱伝
導率λｍとの関係を表す関数Φを二次関数とし、その関
数Φを決定するために熱伝導率の測定を３回行うように
したが、関数Φは必ずしも二次関数に限ることはなく、
測定結果を正確に表し得るものであれば他の関数、たと
えばさらに多次の関数や指数関数等とすることでも良
く、その場合、熱伝導率の測定は関数Φを正確に決定す
るために必要な回数だけ行うようにすれば良い。

また、関数Φを決定するための熱伝導率の測定は手動
により逐次行っても良いが、熱伝導率測定装置にマイク
ロコンピュータを備えておいて全ての手順を予めプログ
ラミングしておくとともに、そのマイクロコンピュータ
によって全ての制御を行うようにし、かつ、計測値から
直ちに演算を行って関数Φを決定し、所望の測定温度に
おける熱伝導率を算出するように構成することが望まし
い。

さらに、上記の熱伝導率測定装置を用いて関数Φを決
定するための測定を行う場合、試料Ｓの側部から断熱材
25（第１図参照）を通して外部に放熱されることがあ
り、これにより測定誤差が生じることが考えられる。し
たがって、より正確な計測を行うためには、その断熱材
25の内面温度、外面温度を計測することによってその放
熱量を把握し、熱流計測板15によって得られた熱貫流量
の測定値に対して次のような補正を行うと良い。

すなわち、第４図に示すように、断熱材25の内面平均
温度がt₁、外面平均温度t₂であったとし、この断熱材25
の熱伝導率λｂ、内径寸法R₂、外形寸法R₃、試料Ｓの厚
みδとすると、試料Ｓの側部から断熱材25を通して放熱
される熱量のうち、試料Ｓの有効半径R₁の範囲に影響す
る熱量Qbは、 Qb＝｛λb/（R₃−R₂）｝（R₁/R₂）^４ ×２πRmδ（t₁−t₂）但しRm＝（R₃−R₂）/1n（R₃/R₂）で表されるから、このQbの値を、熱流計測板15によって
得られた熱貫流量の値に対して補正すれば良い。この場
合、断熱材25の内面温度、外面温度は試料Ｓの厚み方向
で均一ではないので、断熱材25全体を代表する温度とし
て、試料の上面から試料厚み寸法の３分の２ないし４分
の３程度の位置、すなわちｚ＝（2/3〜3/4）δにおける
内面温度、外面温度を測定し、これをもって内面平均温
度t₁、外面平均温度t₂とすることが良い。

さらに、より厳密には、第５図に示すように、断熱材
25を厚さ寸法がδ₁,δ₂,…，δ_ｎの複数の部分に分割し
て考えて、それぞれの部分における内面温度、外面温度
を計測し、それらの温度に基づいてQb′を求めると良
い。この場合、各部分の内面温度をt_1n、外面温度をt_2n
とすると、 Qb′＝｛λb/（R₃−R₂）｝（R₁/R₂）^４ ×２πRm｛Σδ_ｎ（t_1n−t_2n）｝但しRm＝（R₃−R₂）/1n（R₃/R₂）で表される。

また、測定誤差が生じる他の原因として、熱流計測板
15と補償ヒータ10の温度差に起因してそれらの間に生じ
る熱授受が考えられる。このような誤差が生じることを
防ぐには、測温用ガスの熱流計測板15への導入温度およ
び導出温度を測定して、それらの平均温度と補償ヒータ
10の温度とが同等になるように制御し、もってそれらの
間の熱授受を無くすようにすれば良いが、あるいは、次
のような補正を行うことでも良い。

すなわち、第６図に示すように、熱流計測板15と補償
ヒータ10との間で生じる熱授受量Qcは、断熱材５の熱伝
導率がλｃ、その厚み寸法がＣ、熱流計測板15の半径が
R₁であり、熱流計測板の下面温度がt₃、補償ヒータの表
面温度がt₄であったとすると、 Qc＝（λc/C）πR₁ ²（t₃−t₄）として求められる。したがって、上記のt₃,t₄を計測し
てQcを算出し、このQcの値を熱流計測板15によって得ら
れた熱貫流量に対して補正してやれば良い。

さらになお、上記の実施例における測定の際には、試
料Ｓの下面温度T₀を上面温度Tmに関係なく常に一定に保
持するのであるが、そのためには、熱流計測板15に導入
する測温用ガスの流量を可変とし、試料Ｓからの受熱に
伴う測温用ガスの温度上昇が過度にならないようにガス
流量を制御することが望ましい。この場合、その温度上
昇は、計測誤差が最も少なくなる５〜10deg程度の範囲
に収めることが良い。

「発明の効果」以上で詳細に説明したように、本発明の熱伝導率測定
方法は、試料の下面温度を一定に保持しつつ上面温度を
変化させて複数回の計測を行い、その計測値から、試料
上面温度と熱伝導率との関係を表す関数を決定し、その
関数に基づいて任意の測定温度における熱伝導率を演算
により求めるので、所望の測定温度における熱伝導率、
しかも試料全体が均一に測定温度となっていると見なせ
る状態における熱伝導率を、容易にかつ正確に求めるこ
とができる、という効果を奏する。そして、本発明方法
によれば、実際の熱伝導率の測定は上下両面での温度差
が大きく確保されている状態で行うから、試料の温度制
御が容易であるし、また、測定誤差が大きくなることも
なく、特に高温下における熱伝導率の測定の際に採用し
て好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いて好適な熱伝導率測定
装置の一例を示す立断面図である。第２図はこの発明方
法の基本原理を説明するための試料の内部温度状態を表
す図である。第３図ないし第６図はこの発明方法の実施例を説明する
ための図であって、第３図は試料の下面温度を一定に保
持した場合における試料の上面温度と熱伝導率の関係を
表す関数を示す図、第４図および第５図はそれぞれ試料
側部からの放熱による測定誤差に対する補正を行う場合
の説明図、第６図は熱流計測板と補償ヒータとの間の熱
授受による測定誤差に対する補正を行う場合の説明図で
ある。第７図は熱伝導率と温度との関係を示す図、第８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、第９
図は試料の内部温度状態を示す図である。Ｓ……試料、Ｔ……測定温度、T₀……下面温度、Tm……
上面温度、Φ……関数、λｍ……試料の下面温度がT₀で
あり上面温度がTmである場合における熱伝導率、λ……
試料の内部温度が測定温度となっている状態における熱
伝導率。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の測定温度Ｔにおける試料の熱伝導率
λを測定するに際し、試料の下面温度T₀を前記測定温度
Ｔより十分に低くかつ一定温度に保持したまま、試料の
上面温度Tmを下面温度T₀より十分に高い温度となすとと
もにその上面温度Tmを順次変更していって、それぞれの
状態における試料の熱伝導率λｍの計測を複数回行い、
それらの計測値から、試料下面温度T₀が一定に保持され
た場合における試料上面温度Tmと熱伝導率λｍとの関係
を表す関数を決定し、その関数に基づいて、試料の内部
温度が前記測定温度Ｔとなっている状態における熱伝導
率λを演算により算出することを特徴とする熱伝導率測
定方法。