JP2003207092A

JP2003207092A - 金属製真空構造体

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Publication number: JP2003207092A
Application number: JP2002008862A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tono; 隆東野; Takeo Jinno; 武男神野
Original assignee: Zojirushi Corp
Current assignee: Zojirushi Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP4185690B2

Abstract

(57)【要約】【課題】活性化温度が高い高価なゲッターを使用する
ことなく、高温の環境下に耐え得る金属製真空構造体を
提供する。【解決手段】第１金属部材（内筒２）や第２金属部材
（外筒３）等の構成部材により閉じられた空間６内に、
該空間６内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設
し、空間６内を排気孔３ａより排気した後、該排気孔３
ａを封止してなり、金属部材のうち少なくともいずれか
の側にゲッターの活性化温度より低い低温物が触接する
金属製真空構造体（真空断熱パイプ１）において、第１
金属部材および第２金属部材の両方に、ゲッター１０
Ａ，１０Ｂをそれぞれ配設した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空断熱パイプ、
真空断熱パネル、魔法瓶および断熱容器等の金属製真空
構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属製魔法瓶等の真空構造体は、
内側に位置する第１金属部材と外側に位置する第２金属
部材とからなる構成部材により閉じられた空間を真空排
気し、第１金属部材の内部と第２金属部材の外部との間
を断熱している。そして、この断熱性を長期間にわたっ
て保持するために、第１金属部材と第２金属部材との間
の真空空間には、金属部材から放出されて遊離するガス
を吸収するゲッターを設置している。

【０００３】前記ゲッターは、ペレット状、線状、板状
をなし、第１金属部材または第２金属部材における空間
内に位置する面に留め具によって固定したり、熱輻射防
止用の銅またはアルミニウム箔により押え付けたり、巻
き込んだりするようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記金
属製真空構造体は、使用するゲッターの性能により使用
可能な用途が限定されるという問題がある。即ち、ゲッ
ターを配設した金属部材がゲッターの活性化温度より高
温になると、その伝熱により前記ゲッターは、吸着した
ガスを放出する。そうすると、放出されたガスにより空
間の真空度が低下し、断熱性能が低下する。そのため、
この種の金属製真空構造体は、使用する環境（温度）に
応じた活性化温度を有するゲッターを使用する必要があ
る。しかし、高温（８００〜９００℃）の条件下で使用
可能なゲッターは、活性化させる工程で高い加熱温度を
加える必要があるとともに、その時間を要するため、真
空構造体がコスト高になるという問題がある。

【０００５】そこで、本発明では、活性化温度が高い高
価なゲッターを使用することなく、高温の環境下に耐え
得る金属製真空構造体を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の金属製真空構造体は、第１金属部材や第２
金属部材等の構成部材により閉じられた空間内に、該空
間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設し、前記
空間内を排気孔より排気した後、該排気孔を封止してな
り、前記金属部材のうち少なくともいずれかの側に前記
ゲッターの活性化温度より低い低温物が触接する金属製
真空構造体において、前記第１金属部材および第２金属
部材の両方に、前記ゲッターをそれぞれ配設した構成と
している。

【０００７】前記金属製真空構造体では、第１金属部材
と第２金属部材のいずれかの側にはゲッターの活性化温
度より低い低温物が触接するため、反対側の金属部材に
ゲッターの活性化温度より高い高温物が触接し、その高
温側の金属部材や該金属部材に配設したゲッターが水素
などのガスを放出しても、そのガスは低温側のゲッター
で吸収させることができる。そのため、第１金属部材と
第２金属部材との間の空間の真空度が低下することを防
止でき、断熱性能が低下することを防止できる。また、
使用する環境に応じた活性化温度が高いゲッターを使用
する必要はないため、真空構造体自体がコスト高になる
ことを防止できる。

【０００８】なお、前記金属製真空構造体では、低温物
が触接する金属部材において、最も低温となる位置に前
記ゲッターの一方を配設することが好ましい。ここで、
最も低温となる位置とは、高温物が触接する金属部材に
おける熱源から離れ、高温側の熱が熱伝導によって最も
遅く伝わる位置である。このようにすれば、低温物が触
接する金属部材が熱伝導により高温になり、該低温側の
金属部材に配設したゲッターでガスを吸収できないとい
う状況になることを抑制できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係
る金属製真空構造体である真空断熱パイプ１を示す。こ
の真空断熱パイプ１は、第１金属部材である内筒２と、
該内筒２を内部に配設する第２金属部材である外筒３
と、これらを連結する連結部材５とからなる。そして、
本実施形態では、これらの構成部材により閉じられた空
間６において、内筒２の外面および外筒３の内面に、そ
れぞれゲッター１０Ａ，１０Ｂを配設している。

【００１０】前記内筒２および外筒３は、使用する環境
（温度）に耐える耐熱性を有する金属材料を円筒状とし
たもので、本実施形態では、ステンレス（ＳＵＳ３０
４）を使用している。なお、前記外筒３の両端縁には、
所定間隔をもって取付穴４ａを設けた接続フランジ４が
溶接により固着されている。

【００１１】前記連結部材５は、前記内筒２および外筒
３と同一の金属材料により形成した断面Ｊ字形状の環状
リングからなる。この連結部材５は、その内面が前記内
筒２の外面に溶接されるとともに、外面が前記外筒３の
内面に溶接される。そして、これら内筒２と外筒３に加
わる温度の違いによる伸びの相違量を吸収するように設
定されている。

【００１２】前記内筒２、外筒３および連結部材５によ
り閉じられた空間６は、チップ管７を介して真空状態に
排気され、このチップ管７は封じ切られている。このチ
ップ管７は、外筒３に設けた排気孔３ａにベース部材８
を介して固着されている。このベース部材８にはカバー
９が取り付けてられている。

【００１３】前記ゲッター１０Ａ，１０Ｂは、金属製の
前記構成部材２，３，５から放出され、前記空間６内に
遊離するガスを吸収するもので、従来と同様の留め具１
１により、内筒２の外面および外筒３の内面の略中央位
置に固着されている。ここで、この中央位置は、熱伝導
により熱が伝わるのに最も離れ、最も低温となる位置で
ある。なお、これらゲッター１０Ａ，１０Ｂは、該真空
断熱パイプ１の使用用途が限定され、特に高温となる熱
源部分を判別できる場合には、その部分から最も離れ、
最も低温となる位置に一方のゲッター１０Ａ，１０Ｂを
配置することが好ましい。

【００１４】具体的には、本実施形態のゲッター１０
Ａ，１０Ｂは、４００℃から５００℃の温度で活性化
し、９００℃以上の温度で溶融するものを使用してい
る。このような特性を有するゲッター１０Ａ，１０Ｂと
しては、例えば、純度９０％以上、好ましくは９９％以
上、のジルコニウムまたはチタンを水素化粉砕し、水素
を１００００ｐｐｍ以上含有するものが適用される。

【００１５】ここで、前記ジルコニウムまたはチタン
は、スタンプミルやボールミル等の機械的手段により、
ＡｒやＨｅ等の不活性ガス雰囲気下で微粉砕し、粉末の
粒度を３０〜２５０メッシュとされている。なお、３０
メッシュ以下では、粉の流動性が悪く、成形が困難にな
り、２５０メッシュ以上では、比表面積が小さくなり、
ゲッター性能が著しく低下するからである。そして、こ
の微粉砕されたジルコニウム粉またはチタン粉は、潤骨
材として炭素を０．５〜１．０％添加し、所望形状のダ
イ中でプレスしたり、金型に詰めて、ＡｒやＨｅ等の不
活性ガス雰囲気下で所望の形状に成形し、焼結される。
なお、成形後のかさ比重は４から５が好ましい。

【００１６】次に、前記真空断熱パイプ１の製造方法に
ついて説明する。なお、前記ゲッター１０Ａ，１０Ｂ
は、その製造工程における水素化により１００００ｐｐ
ｍ以上の十分な水素を吸収しているので、このままで
は、内筒２や外筒３から遊離する水素等の遊離ガスを受
け入れることができない。そこで、この真空断熱パイプ
１の製造工程中にゲッター１０Ａ，１０Ｂの脱水素等を
行なう。

【００１７】具体的には、まず、内筒２とチップ管７を
固着した外筒３をそれぞれ形成し、内筒２の外面および
外筒３の内面の所定位置に留め具１１を介してゲッター
１０Ａ，１０Ｂを固着する。そして、内筒２の両端縁外
面に連結部材５を配置してこれらを接合した後、接合し
た内筒２および連結部材５を外筒３内に挿入し、外筒３
の両端縁内面と連結部材５とを接合し、二重構造の筒を
形成する。

【００１８】次に、この二重筒を２５０〜６００℃で３
分以上加熱しつつ、外筒３に固着した排気孔３ａを通し
て、内筒２と外筒３の間の真空にすべき空間６から空気
を排出して減圧しつつ、ゲッター１０Ａ，１０Ｂの脱水
素を行なう。この際、内筒２、外筒３、連結部材５およ
び留め具１１からは、水素（Ｈ）、一酸化炭素（ＣＯ）
および水（Ｈ_２Ｏ）が放出される。また、ゲッター１０
Ａ，１０Ｂからは、含有した水素が放出される。

【００１９】そして、前記ゲッター１０Ａ，１０Ｂは、
やや遅れて４００〜６００℃に加熱されると活性化す
る。この後、排気孔３ａ（チップ管７）を封止し、この
封止後に、内筒２と外筒３の間の空間６に残留して遊離
している水素、一酸化炭素および水は、活性化したゲッ
ター１０Ａ，１０Ｂに吸収される。この結果、内筒２と
外筒３の間の空間６は、真空に維持され、高真空の断熱
パイプ１が得られる。

【００２０】次に、製造した真空断熱パイプ１の使用に
ついて説明する。この真空断熱パイプ１は、例えば、自
動車や自動二輪車等の内燃機関から排気される排気ガス
の排気管や、加熱炉内の所定部位に冷却水を導入するた
めの配管として使用される。

【００２１】内燃機関の排気管として使用した場合、前
記真空断熱パイプ１には、内筒２の内部に高温の排気ガ
スが通過する一方、外筒３の外部に低温の外気が触接
し、これらに加わる温度差は４００℃以上となる。そし
て、これらの排気ガスおよび外気の温度（熱）は、それ
ぞれ内筒２および外筒３に伝わり、これらに配設したゲ
ッター１０Ａ，１０Ｂに伝熱される。

【００２２】ここで、排気ガスの温度は、ゲッター１０
Ａ，１０Ｂの活性化温度および製造時の加熱温度より高
い。そのため、内筒２は、更に含有した水素、一酸化炭
素および水を放出するとともに、ゲッター１０Ａは、封
止後に吸収した水素は勿論、自身が含有した水素も更に
放出する。

【００２３】しかし、本実施形態の真空断熱パイプ１で
は、ゲッター１０Ａ，１０Ｂの活性化温度より低い外気
が触接する外筒３に別のゲッター１０Ｂを配設している
ため、内筒２およびゲッター１０Ａが放出した水素は、
ゲッター１０Ｂが吸収する。また、内筒２が放出した一
酸化炭素および水は、両方のゲッター１０Ａ，１０Ｂが
吸収する。

【００２４】一方、加熱炉の冷却水導入配管として使用
した場合、前記真空断熱パイプ１には、外筒３の外部に
炉内の高温雰囲気ガスが触接する一方、内筒２の内部に
低温の冷却水が通過し、これらに加わる温度差は前記と
同様に４００℃以上となる。

【００２５】そして、炉内の温度がゲッター１０Ａ，１
０Ｂを活性化した温度より高い場合、外筒３は、更に含
有した水素、一酸化炭素および水を放出するとともに、
ゲッター１０Ｂは、封止後に吸収した水素は勿論、自身
が含有した水素も更に放出する。

【００２６】しかし、内筒２の内部には、ゲッター１０
Ａ，１０Ｂの活性化温度より低い冷却水が触接するた
め、外筒３およびゲッター１０Ｂが放出した水素は、内
筒２に配設したゲッター１０Ａが吸収する。また、外筒
３が放出した一酸化炭素および水は、両方のゲッター１
０Ａ，１０Ｂが吸収する。

【００２７】このように、本発明の真空断熱パイプ１で
は、内筒２と外筒３の両方にゲッター１０Ａ，１０Ｂを
配設する構成としているため、使用するゲッター１０
Ａ，１０Ｂの活性化温度が低く、その活性化温度より高
温となる環境で使用されても、低温側に配設したゲッタ
ー１０Ａ，１０Ｂが、高温側の金属部材および該金属部
材に配設したゲッター１０Ａ，１０Ｂから放出した水素
等のガスを吸収することができる。この結果、内筒２と
外筒３との間の空間６の真空度が低下することを防止で
き、断熱性能が低下することを防止できる。具体的に
は、本実施形態の真空断熱パイプ１では、ゲッター１０
Ａ，１０Ｂの活性化温度は４００℃から５００℃である
が、高温側のゲッター１０Ａ，１０Ｂが溶融する９００
℃の温度まで、真空状態を維持した状態で使用すること
ができる。

【００２８】また、本実施形態の真空断熱パイプ１で
は、内部と外部のいずれの側が高温な環境になっても、
断熱性能を低下させることがない。そのため、あらゆる
使用環境においても１つのパイプ１で対応できる。

【００２９】なお、内筒２または外筒３に加わる高温の
熱は、その内筒２または外筒３から連結部材５を介して
低温側の外筒３または内筒２に伝わる。しかし、本実施
形態の真空断熱パイプ１では、その熱源から最も離れた
中央部分にゲッター１０Ａ，１０Ｂを配設しているた
め、低温側に配設したゲッター１０Ａ，１０Ｂに熱が伝
わるには長い時間を要する。そのため、高温側のゲッタ
ー１０Ａ，１０Ｂが放出した水素を低温側のゲッター１
０Ａ，１０Ｂが吸収できないという状況になることを抑
制できる。

【００３０】本発明の金属製真空構造体は前記実施形態
の構成に限定されるものではない。例えば、真空構造体
として真空断熱パイプ１の製造について説明したが、平
板状の板を所定間隔をもって貼り合わせた真空断熱パネ
ル、魔法瓶や断熱容器等の断面略Ｕ字形状をなす真空二
重容器に適用しても同様の作用、効果を得ることができ
る。そして、いずれの真空構造体に適用する場合でも、
第１金属部材および第２金属部材には、熱伝導により熱
が伝わるのに最も離れた位置にゲッターを配設すること
が好ましく、また、第１金属部材および第２金属部材に
対してゲッターを複数配設することがより好ましい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属製真空構造体は、第１金属部材と第２金属部材の
いずれかの側にはゲッターの活性化温度より低い低温物
が触接するものにおいて、両方の金属部材にゲッターを
配設している。そのため、一方の金属部材にゲッターの
活性化温度より高い高温物が触接する環境で使用し、そ
の高温側の金属部材、および、該金属部材に配設したゲ
ッターが水素などのガスを放出しても、そのガスを低温
側のゲッターで吸収することができる。そのため、第１
金属部材と第２金属部材との間の空間の真空度が低下す
ることを防止でき、断熱性能が低下することを防止でき
る。また、使用する環境に応じた活性化温度が高いゲッ
ターを使用する必要はないため、真空構造体自体がコス
ト高になることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属製真空構造体である真空断熱パ
イプを示す断面図である。

【図２】図１の要部分解斜視図である。

【符号の説明】

１…真空断熱パイプ（金属製真空構造体）２…内筒（第１金属部材）３…外筒（第２金属部材）３ａ…排気孔５…連結部材６…空間７…チップ管１０Ａ，１０Ｂ…ゲッター１１…留め具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１金属部材や第２金属部材等の構成部
材により閉じられた空間内に、該空間内に遊離するガス
を吸収するゲッターを配設し、前記空間内を排気孔より
排気した後、該排気孔を封止してなり、前記金属部材の
うち少なくともいずれかの側に前記ゲッターの活性化温
度より低い低温物が触接する金属製真空構造体におい
て、前記第１金属部材および第２金属部材の両方に、前記ゲ
ッターをそれぞれ配設したことを特徴とする金属製真空
構造体。
【請求項２】低温物が触接する金属部材において、最
も低温となる位置に前記ゲッターの一方を配設したこと
を特徴とする請求項１に記載の金属製真空構造体。