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公開番号2025101728
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-07
出願番号2024201442
出願日2024-11-19
発明の名称土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置及び測定方法
出願人江蘇科技大学,JIANGSU UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類G01N 25/18 20060101AFI20250630BHJP(測定;試験)
要約【課題】土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置及び測定方法を開示する。
【解決手段】この装置は、土壌内に垂直に挿入された断熱プローブと、断熱プローブの端部に位置する環状加熱管と、環状加熱管の端部に位置する断熱貫入ヘッドと、環状加熱管の外壁に位置し且つある点での土壌温度を測定するための温度センサと、環状加熱管に一定の加熱電力を供給するための電源と、温度センサが測定した温度数値を受信し且つ環状加熱管の位置する深さでの土壌の熱伝導係数を計算するための温度収集システムとを含む。本発明は、その場土壌のある点での熱伝導係数を便利で正確に取得できない従来技術の技術課題を解決する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置であって、
土壌内に垂直に挿入された断熱プローブ（５）と、断熱プローブの端部に位置する環状加熱管（６）と、環状加熱管の端部に位置する断熱貫入ヘッド（８）と、環状加熱管の外壁に位置し且つある点での土壌温度を測定するための温度センサ（７）と、環状加熱管に一定の加熱電力を供給するための電源（１）と、温度センサが測定した温度数値を受信し且つ環状加熱管の位置する深さでの土壌の熱伝導係数を計算するための温度収集システム（２）とを含み、
前記電源（１）により出力された一定の加熱電力はＰ
１
であり、前記温度収集システム（２）により計算された環状加熱管の位置する深さでの土壌の熱伝導係数λは下記通りであり、
TIFF
2025101728000006.tif
15
170
式において、λは土壌の熱伝導係数であり、Ｐ
１
は環状加熱管の加熱電力値であり、ｄ
０
は環状加熱管の外径値であり、Ｔ
０
は加熱前に温度センサが測定した土壌の温度値であり、Ｔ
１
は加熱が安定した後に温度センサが測定した土壌の温度値である、土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記電源（１）は加熱電力範囲が０～１５Ｗで、制御精度が±０．５％のＦＳの直流定圧電源である、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項３】
前記断熱プローブ（５）及び断熱貫入ヘッド（８）の表面には熱伝導遮断型断熱塗料で製造される断熱塗布層が塗布され、断熱塗布層の熱伝導係数は０．０３Ｗ／（ｍ・℃）以下である、請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項４】
前記環状加熱管（６）の外径と高さは等しく、環状加熱管の高さは５ｃｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項５】
前記断熱プローブ（５）、環状加熱管（６）及び断熱貫入ヘッド（８）は剛性体を構成して土壌に挿入され、環状加熱管（６）は土壌における熱伝導係数に必要な測定深さにある、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項６】
前記電源（１）は断熱プローブを貫通する電源線（３）を介して環状加熱管（６）に接続され、前記温度収集システム（２）は断熱プローブを貫通するデータ線（４）を介して温度センサ（７）に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項７】
前記断熱プローブ（５）及び断熱貫入ヘッド（８）の外径は環状加熱管（６）の外径と同じであり、断熱貫入ヘッド（８）の端部はテーパ状である、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項８】
前記温度センサ（７）の測定範囲は２０～１５０℃であり、精度は±０．５℃である、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置。
【請求項９】
温度センサを環状加熱管の外壁に取り付け、断熱プローブ、環状加熱管及び断熱貫入ヘッドを順に剛性体として接続し、電源線を介して環状加熱管と電源とを接続し、データ線を介して温度センサと温度収集システムとを接続するステップと、
環状加熱管をテストすべき土壌目標深さに垂直に挿入するステップと、
温度収集システムの示度が安定した後、この時に温度センサが測定した土壌温度値Ｔ
０
を記録するステップと、
電源をオンにし、環状加熱管に出力する加熱電力を一定電力値Ｐ
１
に制御するステップと、
温度収集システムの示度が再安定した後、この時に温度センサが測定した土壌温度値Ｔ
１
を記録するステップと、
環状加熱管の一定の加熱電力値Ｐ
１
、加熱前に温度センサが測定した土壌の温度値Ｔ
０
及び加熱が安定した後に温度センサが測定した土壌の温度値Ｔ
１
を以下の式に代入して土壌の熱伝導係数λを得、
TIFF
2025101728000007.tif
15
170
式において、λは土壌の熱伝導係数であり、ｄ
０
は環状加熱管の外径値であるステップとを含む、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置の測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は地質検出技術分野に関し、特に土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置及び測定方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
岩石・土壌の熱伝導係数はその熱物理特性を反映する重要な指標の１つであり、その大きさは土壌の熱伝導能力を特徴づけている。土壌の熱伝導係数は地球の重要な地域における汚染物質の移動、水分と熱伝送及び温度情報の変化の重要な影響要素であり、土壌の熱伝導係数を正確に測定するのは、一方では浅層地熱エネルギーの開発、土壌汚染の管理及び寒冷地工事の建設にサービスし、他方では土壌中の水熱変化理論とモデルの研究に助力し、土壌の含水率と汚染物含有量などのパラメータを間接的に取得することができる。土壌の熱伝導係数は主に土壌の質、含水率、温度、空隙率と塩含有量などの要素の影響を受ける。
【０００３】
現在、土壌の熱伝導係数を取得する方法は主に室内試験法、その場テスト法、予測モデル法がある。室内試験法は主にその場で土サンプルを取得し、それから実験室内に移して保護熱板法（例えば特許ＣＮ１０７５８９１４７Ａ）によって土サンプルに熱伝導係数試験を行い、この方法の限界はサンプリングと輸送の過程に時間と労力がかかり、しかも全過程が土サンプルに摂動を与えやすく、試験結果に大きな誤差が生じることである。その場テスト法は主に熱線法（例えば特許ＣＮ１０９８８４１１５ＡとＣＮ１０７７２７６８７Ａ）とその場熱応答試験法（例えば特許ＣＮ１０２７２１７２２Ａ）によって土壌に熱伝導係数のその場テストを行い、この２種類のテスト方法の基本原理はいずれも無限長さの瞬間線熱源理論であり、線熱源を用いて土壌を加熱することによってその影響範囲が大きく、この範囲内の土壌の平均熱伝導係数しか得られず、土壌のある深さでのある点の熱伝導係数を得ることができず、土壌の不均質な影響を受けて誤差が大きい。予測モデル法（例えば特許ＣＮ１１３０７５２５０ＡとＣＮ１０９１１７４５２Ａ）は経験モデル又は理論モデルに基づいて土壌の熱伝導係数を推定し、土壌の基本物理指標を対応する予測モデルに代入すればその熱伝導係数を得ることができるが、予測モデルの計算が複雑で、使用コストが高いとともに、異なるタイプの土壌の物理組成の違いが大きく、予測モデル法の適用範囲が小さく、予測結果の誤差が大きい。
【０００４】
そのため、上記問題を早急に解決する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明目的：本発明の第１目的は、その場土壌のある点での熱伝導係数を便利で正確に取得できない技術課題を解決するために、土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置を提供することである。
【０００６】
本発明の第２目的は、土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置の測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
技術案：以上の目的を実現するために、本発明は、土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置であって、土壌内に垂直に挿入された断熱プローブと、断熱プローブの端部に位置する環状加熱管と、環状加熱管の端部に位置する断熱貫入ヘッドと、環状加熱管の外壁に位置し且つある点での土壌温度を測定するための温度センサと、環状加熱管に一定の加熱電力を供給するための電源と、温度センサが測定した温度数値を受信し且つ環状加熱管の位置する深さでの土壌の熱伝導係数を計算するための温度収集システムとを含む土壌のある点での熱伝導係数のための貫入式その場測定装置を開示する。
【０００８】
電源により出力された一定の加熱電力はＰ
１
であり、前記温度収集システムにより計算された環状加熱管の位置する深さでの土壌の熱伝導係数λは下記通りであり、
TIFF
2025101728000002.tif
15
170
式において、λは土壌の熱伝導係数であり、Ｐ
１
は環状加熱管の加熱電力値であり、ｄ
０
は環状加熱管の外径値であり、Ｔ
０
は加熱前に温度センサが測定した土壌の温度値であり、Ｔ
１
は加熱が安定した後に温度センサが測定した土壌の温度値である。
【０００９】
好適には、前記電源は加熱電力範囲が０～１５Ｗで、制御精度が±０．５％のＦＳの直流定圧電源である。
【００１０】
また、断熱プローブ及び断熱貫入ヘッドの表面には熱伝導遮断型断熱塗料で製造される断熱塗布層が塗布され、断熱塗布層の熱伝導係数は０．０３Ｗ／（ｍ・℃）以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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