JP2004353681A - ベーキング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率の高い加熱が可能で、特に長尺あるいは大型の対象物でも均一に加熱することができるベーキング方法を提供する。
【解決手段】真空層が形成される対象物（内管１、外管２）を加熱して対象物に吸蔵された気体分子を除去するベーキング方法であって、対象物自体を発熱体として加熱する。ベーキング対象物を直接発熱体とすることで、直接対象物の加熱を行うことができ、加熱時のエネルギー効率を高めることができる。また、別途ヒーターやガスの加熱手段を必要とせず、ベーキング装置の構成を簡略化することもできる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物に吸蔵された気体分子を加熱することで除去するベーキング方法に関するものである。特に、超電導ケーブル、冷水配管、給水配管、ＬＮＧ配管、冷媒配管、温水配管、給湯配管、熱媒配管等の各種配管、もしくは配管継手類、もしくは配管機器類として用いる断熱管もしくは断熱容器のベーキングに最適なベーキング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内管と外管との間に真空層が形成される真空二重断熱管などにおいては、この断熱管の構成材料に吸蔵された気体分子を除去して真空度の向上をはかるため、断熱管を加熱するベーキングと呼ばれる熱処理が行われている。このベーキングには、大別して２つの方法が知られている。その一つは、断熱管の近傍にヒーターなどの加熱手段を配して対象物を加熱する方法（例えば特許文献１および２）で、もう一つは、断熱管の真空層に加熱されたガスを導入してからガスを排気する方法（例えば特許文献３）である。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９６７７９号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平１１−１２５６０９号公報
【０００５】
【特許文献３】特開平９−２７３６５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では次のような問題があった。
＜ヒーターなどの加熱手段を用いる方法＞
▲１▼加熱手段のエネルギーロスが大きい。
ヒーターによる加熱では、主にヒーターからの伝導熱によりベーキング対象物を真空層の外側から加熱する。そのため、ベーキング対象物のうち、真空層に面する構成部材を直接加熱できず、熱源のエネルギーロスが大きくなる。一方、ヒーターを真空層内に配置すれば真空層に面する構成部材をより効率的に加熱できるが、ヒーターやその配線が真空度を低下させるガスの放出原因となる他、真空層内から大気側へ配線を取り出す構成が複雑化し、現実的ではない。
【０００７】
▲２▼ベーキング装置が大型・複雑化し、同装置の設置スペースが制約される。
ヒーターを設けること自体によりベーキング装置が大型化し、設置場所に制約が生じる。加えて、真空層に面する構成部材の表面積が大きいほどヒーターやその電源も大型化し、さらにはヒーターへの配線も複雑化する。特に、断熱管のような長尺体の全長にヒーターを巻きつけることは容易ではない。一方で、ヒーターなどの加熱手段を大型化しない場合、加熱できるベーキング対象物の寸法に制約が生じることになる。
【０００８】
▲３▼ベーキング対象物以外の部分も加熱されるため、ベーキング装置に使用する構成部品の選定において制約が生じる。
ベーキング装置のうちヒーターに近接する部分も加熱されるため、ベーキング対象物以外の不要な部分まで高温（例えば７０℃以上）に加熱してしまう。その結果、加熱される部分に使用する部品も所定の耐熱性が要求され、部品選定において制約が生じる。
【０００９】
▲４▼ベーキング対象物全体を一様に加熱することが難しい。
ヒーターを用いるベーキング方法では、ベーキング対象物に対して、ヒーターの取り付けが均等に行われていないと熱の不均一分布が生じ、一様なベーキング効果が期待できない。特に、ベーキング対象物が大型や長尺で、凹凸を有する形状の場合、ヒーターを対象物に均等に取り付けることが困難である。
【００１０】
＜加熱したガスをベーキング対象物に導入する方法＞
▲１▼ベーキング時間に比例して使用するガス量が増加する。
加熱ガスには窒素ガスなどが用いられており、ベーキング装置には、このガスの供給源となるボンベやガスの加熱手段が含まれる。ベーキング時間が長くなると、使用するガス量が増加し、大型のボンベが必要となって装置の大型化につながる他、加熱されたガスにより間接的に対象物を加熱するため、加熱時のエネルギー効率も低い。
【００１１】
▲２▼ベーキング対象物全体を一様に加熱することが難しい。
加熱したガスは、通常、断熱管の一端側から導入されて他端側から排出される。その際、加熱したガスの入口と出口ではガス温度が異なるため、ベーキング対象物を均一に加熱することが難しい。特に、真空層が大きく長尺に及ぶ場合には、この影響が顕著となり、対象物を均一温度にベーキングすることが困難となる。さらに、真空断熱管（容器）の場合、真空層の真空度を上昇（圧力を低下）させる必要上、加熱ガス導入による対象物の加熱後いったん真空引きを開始すると、真空層内の温度が低下しても再び加熱ガスを流すことはできない。そのため、ベーキングの効果を効率よく発揮することができない。
【００１２】
従って、本発明の主目的は、エネルギー効率の高い加熱が可能なベーキング方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、長尺あるいは大型の対象物でも均一に加熱することができるベーキング方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対象物自体を発熱体とすることで上記の目的を達成する。
【００１５】
すなわち、本発明ベーキング方法は、真空層が形成される対象物を加熱して対象物に吸蔵された気体分子を除去するベーキング方法であって、前記対象物自体を発熱体として加熱することを特徴とする。
【００１６】
ベーキング対象物を直接発熱体とすることで、直接対象物の加熱を行うことができ、加熱時のエネルギー効率を高めることができる。また、別途ヒーターやガスの加熱手段を必要とせず、ベーキング装置の構成を簡略化することもできる。
【００１７】
ベーキング対象物自体を発熱体とする具体的な手段としては、対象物が導電性金属の場合、この対象物に通電することにより発熱させることが挙げられる。一般に、真空二重断熱管は金属製の内管と外管とで構成されており、導電性を有する。このような対象物に通電すれば、容易に対象物自体を発熱させられる。
【００１８】
この導電性対象物が複数の部材から構成される場合、各部材間を電気的に絶縁して、部材ごとに個別に通電を行うことが好ましい。複数の部材は材質や形状・サイズが異なることが多く、各部材間で抵抗値が異なることがある。この抵抗値の差が部材間で大きい場合、通電電流が同じであっても到達加熱温度や到達加熱温度に達するまでの時間に差が生じ、不均一な加熱となることが考えられる。そこで、ベーキング対象物が複数の部材から構成される場合、各対象物ごとに個別に通電することにより、対象物全体として実質的に均一に発熱させることができる。
【００１９】
複数の部材ごとに個別に通電を行う場合、各部材間を電気的に絶縁する。その絶縁手段は、特に限定されない。例えば、ベーキング対象が内管と外管を有する真空二重断熱管の場合、この内管と外管との電気的絶縁を両管の間に介在される絶縁フランジにて行えばよい。絶縁フランジは、内管と外管の開口端を塞ぐように装着されるもので、一般に市販されているものを利用することができる。
【００２０】
本発明ベーキング方法は、真空断熱構造体のベーキングに適用できる。例えば、超電導ケーブル、冷水配管、給水配管、ＬＮＧ配管、冷媒配管、温水配管、給湯配管、熱媒配管等の各種配管、もしくは配管継手類、もしくは配管機器類として用いる断熱管もしくは断熱容器のベーキングに最適である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
超電導ケーブル用の真空二重断熱管をベーキング対象物とした本発明ベーキング方法を説明する。
【００２２】
まず、真空二重断熱管を構成する内管と外管が電気的に接続されている場合を説明する。図１（Ａ）は本発明方法の説明図、同（Ｂ）はベーキング対象物である断熱管の端面図、同（Ｃ）（Ｄ）は本発明方法に用いる装置の等価回路図である。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、この断熱管は内管１と外管２とが間隔をあけて同軸状に配置されている。これら内外管１、２は、直管でもよいが、ここでは曲げ特性を考慮して、波付け加工された金属管を用いている。両管１、２の開口端は、図１（Ｂ）に示すように、円環状の導電フランジ３で封止して両管１、２の導通がとられると共に、内外管１、２の間に真空層が形成される。この真空層内には、通常、スーパーインシュレーション（商品名）などの輻射熱反射材（図示せず）が収納される。真空層の形成は、外管２に突設された排気ポート４より真空引きすることで行われる。そして、断熱管の両端部に電極を取り付け、リード線を介して通電装置５を接続する。
【００２４】
このようなベーキング装置において、通電装置５から断熱管に通電すると、内外管自体が発熱体となって加熱され、断熱管をほぼ均一に加熱することができる。このベーキング装置の等価回路を図１（Ｃ）に示す。断熱管の単位長さ当たりの抵抗をＲ（Ω／ｍ）、通電装置の電圧をＶ（Ｖ）、全電流をＩ_０（Ａ）とすると、単位長さ当たりの発熱量はＲＩ_０ ^２（Ｗ／ｍ）とあらわすことができ、電流値Ｉ_０を制御することにより全長の発熱量を均一にコントロールすることができる。内外管に波付き管を用いた場合でも、その口径・肉厚は全長に亘ってほぼ均一であるから、単位長さあたりの発熱量はほぼ均一と考えて差し支えない。このような通電加熱を行うことで、真空層に面する内外管壁面を同時にほぼ均一に加熱することができる。特に、内管を加熱したとき断熱層の真空度が良い場合には、真空層内における熱の電導と対流が実質的に無視されるため内管表面から外周に逃げる熱量が小さく、内管の温度は少ない通電量にて経済的な制御ができる。
【００２５】
なお、実際は、内外管１、２は、導電フランジ３により端部でのみ電気的に導通されているため、図１（Ｄ）に示すように並列回路と考えることができる。ここで、内管１の単位長さあたりの電気抵抗をＲ_１、外管２のそれをＲ_２とすると、各管１、２を流れる電流Ｉ_１（Ａ）、Ｉ_２（Ａ）はそれぞれ次の様に分流される。
Ｉ_１＝Ｉ_０Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）
Ｉ_２＝Ｉ_０Ｒ_１／（Ｒ_１＋Ｒ_２）
【００２６】
そして、単位長さ当たりの内管１、外管２の各々で発生する熱量Ｗ_１、Ｗ_２は以下の様に表される。
Ｗ_１＝Ｒ_１Ｉ_１ ^２＝Ｒ_１Ｉ_０ ^２Ｒ_２ ^２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）^２ （Ｗ／ｍ）
Ｗ_２＝Ｒ_２Ｉ_２ ^２＝Ｒ_２Ｉ_０ ^２Ｒ_１ ^２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）^２ （Ｗ／ｍ）
【００２７】
そのため、極端に内外管の抵抗値が異なる場合には発熱量の差が大きく、ベーキング温度に不均一分布が生じる可能性もある。加えて内管側は外管に覆われているため構造的に熱が蓄積されやすく、仮に外管と同じ発熱量であっても到達温度が高くなったり、到達温度までの昇温時間が速くなる可能性が高い。その結果、本例によるベーキング方法では、内管、外管それぞれの到達温度をＴ_１、Ｔ_２とすると、一般にＴ_１＞Ｔ_２となる傾向がある。従って、ベーキング設定温度ＴｓはＴ_１≦Ｔｓ≦Ｔ_２となる適切な値を選択することが望ましい。勿論、内外管の寸法（断面積、厚さ）や素材の組み合わせにより、均一な加熱ができるようにベーキング条件の最適化を図ることも可能である。
【００２８】
（実施例２）
次に、真空二重断熱管を構成する内管と外管とを電気的に絶縁した場合を例に説明する。図２（Ａ）は本発明方法の説明図、同（Ｂ）はベーキング対象物である断熱管の端面図、同（Ｃ）は本発明方法に用いる装置の等価回路図である。
【００２９】
実施例１で示したように、内外管で抵抗値が大きく異なる場合、内外管の加熱が不均一になる場合がある。本例では、内管１と外管２を絶縁し、各管１、２ごとに独立して通電することで均一な加熱を可能にする。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、本例においても実施例１とほぼ同様の断熱管を用意する。実施例１で用いた断熱管との相違点は、両管の端部を封止するフランジを絶縁フランジ６としたことである。すなわち、この絶縁フランジは、図２（Ｂ）に示すように、円環状のフランジにおける内周縁部と外周縁部を金属製とし、中間部を絶縁材料で構成している。このような絶縁フランジ６は、両管１、２を絶縁できる機能を有すれば、その形状や材質は特に限定されない。例えば真空気密部品として市販されている株式会社コスモ・テック社製絶縁フランジなどを応用することができる。そして、絶縁フランジ６で電気的に絶縁された内外管は、それぞれ独立した通電装置５Ａ、５Ｂに接続される。
【００３１】
このようなベーキング装置において、内外管１、２が各々均等な温度となるように各通電装置５Ａ、５Ｂの電流を制御することで、断熱管全体として均一なベーキングを行うことができる。
【００３２】
なお、図２（Ａ）、図２（Ｃ）に示すベーキング装置では２台の通電装置を用いたが、図２（Ｄ）の等価回路図に示すように、１台の通電装置で接続対象を内管と外管に切り替えて加熱を行うように構成しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ベーキング方法によれば、次の効果を奏することができる。
【００３４】
▲１▼発熱体の熱をベーキング対象物に伝達させる構成ではなく、ベーキング対象物自体を発熱体とすることで、エネルギー効率の高いベーキングを行うことができる。
【００３５】
▲２▼ベーキング用に専用ヒーターや加熱ガス装置・配管等を準備する必要がなく、ベーキング装置を簡易・小型化することができる。
【００３６】
▲３▼ベーキング対象物に通電して加熱することで、対象物全体を均一に発熱させることができる。特に、超電導ケーブル用断熱管など、長尺・大型の対象物でも全体にわたって均一な加熱を行うことができる。さらに対象物の設計（断面積、厚み、素材）を最適化することにより、均一な加熱を行うことも可能である。
【００３７】
▲４▼ベーキング対象物を電気的に複数の領域に絶縁し、各領域ごとに独立して通電することで、各領域の特性に応じた加熱を行うことができ、設計者の希望するベーキング条件を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明方法の説明図、同（Ｂ）はベーキング対象物である断熱管の端面図、同（Ｃ）（Ｄ）は本発明方法に用いる装置の等価回路図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明方法の説明図、同（Ｂ）はベーキング対象物である断熱管の端面図、同（Ｃ）は本発明方法に用いる装置の等価回路図、同（Ｄ）は本発明方法に用いる装置の変形例の等価回路図である。
【符号の説明】
１ 内管
２ 外管
３ 導電フランジ
４ 排気ポート
５、５Ａ、５Ｂ 通電装置
６ 絶縁フランジ

Claims (5)

1. 真空層が形成される対象物を加熱して対象物に吸蔵された気体分子を除去するベーキング方法であって、
   前記対象物自体を発熱体として加熱することを特徴とするベーキング方法。
2. 前記対象物が導電性金属であって、この対象物に通電することにより発熱させることを特徴とする請求項１に記載のベーキング方法。
3. 前記対象物が複数の部材から構成され、
   各部材間を電気的に絶縁して、部材ごとに独立して通電を行って対象物を実質的に均一に発熱させることを特徴とする請求項２に記載のベーキング方法。
4. 前記対象物を構成する複数の部材が内管と外管であり、
   この内管と外管との電気的絶縁を両管の間に介在される絶縁フランジにて行うことを特徴とする請求項３に記載のベーキング方法。
5. 前記対象物が超電導ケーブルの断熱管であることを特徴とする請求項２に記載のベーキング方法。

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