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Jan 07, 2024

真空断熱ガラスの熱流測定その1

日付: 2022 年 8 月 1 日 著者: Cenk Kocer、Antti Aronen、Richard Collins、浅野修、小木曽由美 出典: Glass Structures & Engineering | https://doi.org/10.1007/s40940-022-00182-0 における不均一性

日付: 2022 年 8 月 1 日

著者: チェンク・コーサー、アンティ・アローネン、リチャード・コリンズ、浅野修、小木曽由美

ソース：ガラス構造とエンジニアリング | https://doi.org/10.1007/s40940-022-00182-0

真空断熱ガラス (VIG) の支柱を通る熱の流れが不均一であると、これらのデバイスの断熱特性の測定に重大な誤差が生じる可能性があります。 この文書では、測定領域がガラスシートと直接熱的に接触する機器におけるこれらの誤差について説明します。 さまざまな VIG 設計における熱流の空間的不均一性は、有限要素法を使用してモデル化されます。 支柱の間隔に比べて寸法が大きい領域を測定する場合、ガード付きホット プレート機器を使用すると、VIG のすべての実際の設計で誤差が許容できないほど大きくなります。 熱流量計の機器では、熱流束変換器の構造により、これらの誤差は少なくなります。

図 1 に示す真空断熱ガラス (VIG) は、端の周囲を密閉して密閉された 2 枚のガラスで構成され、薄く高度に真空にされた内部空間を持つ断熱ガラスです (Collins および Robinson 1991; Collins および Simko 1998) ; Collins et al. 1995)。 大気圧による力によるガラスシートの分離は、小さな支持柱の配列によって維持されます。 ピラーは、λp で区切られた正方形のグリッド上に配置されます。 ピラーアレイの単位セルを、寸法が λp × λp の正方形領域として定義します。側面はピラーの行と平行に配向され、中央に 1 つのピラーがあります。

VIG 試験片を通る熱の流れには、支柱を通る熱伝導、ガラス シートの内面間の放射、残留ガスを通る熱伝導、エッジ シール付近のガラス シートに沿った熱伝導など、いくつかのプロセスが寄与します。 熱流束を任意の点における単位面積当たりの熱流として定義します。単位は W m⁻² です。 ピラーを通る高度に局所的な熱流、およびエッジ シール付近のガラス シートに沿った熱流により、VIG のガラス シートの外面全体にわたる熱流束に空間的な大きな不均一が生じます。

1989 年以来、シドニー大学は VIG 科学技術に関する包括的な研究開発プログラムに着手してきました (Collins and Robinson 1991; Collins and Simko 1998; Collins et al. 1995; Ashmore et al. 2016)。 このプログラムの重要な部分は、VIG 試験片を通る熱の流れを特徴付ける機能です。 これは、測定領域の寸法が支柱の間隔に比べて小さい、特注のガード付きホット プレート機器を使用して行われます (Collins et al. 1993; Dey et al. 1998)。 個々の柱による熱流への個別の寄与とガラスシート間の放射が組み合わされて、合計の熱流が得られます。 これらの機器で得られたデータは、従来の校正済みのガード付きホットボックス機器で大面積の試験片を測定することによって検証されています (Simko et al. 1999)。

残念ながら、小さな領域で保護されたホットプレートは、すぐに入手できる市販の機器ではありません。 標準的な市販のガード付きホットプレートおよび熱流束計器は、通常、多くの支柱からの寄与を測定します。 このような機器では、VIG 試験片を通る熱流の測定値は、一般に、ピラー アレイに対する測定領域の位置に依存します。

これは、端から離れた領域で大面積の機器を使用した VIG 試験片の断熱特性の測定について説明した 2 つの論文のうちの最初 (パート 1) です。 この文書では、機器の測定領域が VIG のガラス シートと直接熱接触する構成について説明します。 この状況では、柱のせいで、測定領域に流入する熱が、VIG を通過する同等の領域の平均熱流と大きく異なる可能性があり、測定誤差につながります。