JP2005127433A - 真空断熱パネル - Google Patents

Abstract

【課題】全体の軽量化を図りつつ、反りを防止できる真空断熱パネルを提供する。
【解決手段】熱伝導度が低い材料からなる平板状のコア材１と、コア材１の周囲を囲繞する薄肉の金属製外装体とからなり、外装体３内を真空排気した真空断熱パネルにおいて、コア材１に、一端面１ａから他端面１ｂにかけて貫通する貫通孔２、または、一端面１ａから他端面１ｂに向けて窪む凹部１２を設けるとともに、コア材１の一端面１ａを被覆する外装体３の第１金属パネル４を、対向する他端面１ｂを被覆する第２金属パネル７より薄肉とし、真空排気により、第１金属パネル４に貫通孔２または凹部１２の開口から内側に窪む窪み部４ａを設け、断熱対象物において、第１金属パネル４を常温との温度差が大きい側に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉の壁面、低温の液化ガスなどを搬送するためのタンク、および、冷凍庫などに使用される真空断熱パネルに関するものである。

本発明の真空断熱パネルに関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開平７−６８６８１号公報

この種の真空断熱パネルは、熱伝導度が低い材料からなる平板状のコア材と、該コア材の周囲を囲繞する薄肉の金属製外装体とからなり、前記外装体の内部は真空排気されている。そして、加熱炉の壁面や低温の液化ガスまたは冷蔵庫などの断熱対象物に配設することにより、断熱を図っている。

しかし、この真空断熱パネルは、平板状をなすコア材の一端面を被覆する第１金属パネルに加わる温度と、他端面を被覆する第２金属パネルに加わる温度とに、大きな温度差が生じると全体に反りが発生し、断熱性能が低下するという問題がある。具体的には、金属パネルは、常温より高い温度が加わると伸びが生じる一方、常温より低い温度が加わると縮みが生じる。そのため、その伸縮に係る力がコア材の剛性より高くなると、該コア材とともに外装体に反りが生じ、最悪の場合には接合した第１金属パネルと第２金属パネルとに分離する箇所が生じるという問題がある。

そこで、前記特許文献１では、外装体を構成する金属パネルに、断面略半円状に突出する伸縮継手および断面略半円状に窪む伸縮継手を設け、各伸縮継手間の区域を変位させることにより、全体の反りを防止している。

しかしながら、前記真空断熱パネルでは、外装体を構成する各金属パネルに伸縮継手を形成する工程が必要であるため、製造コストが高くなる。また、伸縮継手を形成する占有面積が必要であるため、その分金属材料が多く必要であり、全体の重量が増大するという問題がある。

そこで、本発明では、全体の軽量化を図りつつ、反りを防止できる真空断熱パネルを提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の真空断熱パネルは、熱伝導度が低い材料からなる平板状のコア材と、該コア材の周囲を囲繞する薄肉の金属製外装体とからなり、該外装体内を真空排気した真空断熱パネルにおいて、前記コア材に、一端面から他端面にかけて貫通する貫通孔、または、一端面から他端面に向けて窪む凹部を設けるとともに、前記コア材の一端面を被覆する前記外装体の第１金属パネルを、対向する他端面を被覆する第２金属パネルより薄肉とし、真空排気により、少なくとも前記第１金属パネルに前記貫通孔または凹部の開口から内側に窪む窪み部を設け、断熱対象物において、前記第１金属パネルを常温との温度差が大きい側に配置する構成としている。

この真空断熱パネルでは、前記コア材は、硬質な多孔質体からなることが好ましい。
具体的には、前記多孔質体はセラミックボードからなることが好ましい。

本発明の真空断熱パネルでは、薄肉とした第１金属パネルに前記貫通孔または凹部の開口から内側に窪む窪み部を設け、該第１金属パネルを断熱対象物において常温との温度差が大きい側に配置する。即ち、剛性が低い第１金属パネルを、熱の影響を受けて伸縮する側に配置する。そして、第１金属パネルに常温より高い温度が加わると、該第１金属パネルに生じる伸び作用は、主として前記窪み部に作用する。そして、この窪み部は、貫通孔または凹部の開口内に窪む深さが大きくなるだけで、第１金属パネル自体が外向きに伸びるのを低減する。逆に、第１金属パネルに常温より低い温度が加わると、貫通孔または凹部の開口内の窪み部の深さが小さくなるだけで、第１金属パネル自体が内向きに縮むのを低減する。そのため、外部から加わる熱の影響で全体に反りが生じることを抑制できる。

また、前記第１金属パネルに形成する窪み部は、真空排気により形成されるため、外装体を構成する金属パネルを予め加工する必要はない。そのため、製造コストが高くなることを防止できるうえ、外装体自体は重量が増加することはない。逆に、コア材に貫通孔または凹部を設けているため、その分、軽量化を図ることが可能である。

さらに、コア材は、硬質な多孔質体、具体的にはセラミックボードからなるため、コア材自体の伸縮を抑制できるとともに、全体の剛性を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）および図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る真空断熱パネルを示す。この真空断熱パネルは、平板状をなすコア材１と、該コア材１の周囲を囲繞する金属製の外装体３と、該外装体３内の所定位置に配設した図示しないゲッターとからなり、前記外装体３の内部を真空排気した構成のものである。

前記コア材１は、熱伝導度が低い硬質な多孔質体であるセラミックボードからなる。このコア材１には、一端面１ａから他端面１ｂにかけて貫通する貫通孔２が所定間隔をもって複数設けられている。このコア材１は、セラミック材料を繊維状とし、希望形状として硬化させたものや、粒状としたものを希望形状として焼成したものが使用可能であり、約1000℃の耐熱温度を備えている。

前記外装体３は、コア材１の一端面１ａを被覆する第１金属パネル４と、コア材１の他端面１ｂを被覆する第２金属パネル７とからなり、本実施形態では、これらを同一のステンレス（ＳＵＳ３０４）により構成している。第１金属パネル４は、コア材１の側面を被覆する側面被覆部５と、該側面被覆部５から屈曲した接合縁部６とを備えている。第２金属パネル７は、第１金属パネル４の接合縁部６の外形と同一形状をなす矩形状の金属シートからなる。また、これら金属パネル４，７には、真空排気時の吸引力により前記コア材１の貫通孔２の開口から内側に窪む窪み部４ａ，７ａがそれぞれ形成されている。

本実施形態では、前記第１金属パネル４は、第２金属パネル７より薄肉のものを使用している。具体的には、この種の真空断熱パネルにおいて、外装体３を構成する金属パネルの肉厚は、０．２ｍｍから２．０ｍｍの範囲が好ましい。これは、０．２ｍｍより薄い場合には金属の破断の発生の原因になり、２．０ｍｍより厚い場合には重量が重くなるためである。そして、この使用可能な肉厚の範囲のうち、第２金属パネル７は約１ｍｍの肉厚のものを使用し、第１金属パネル４は第２金属パネル７に対して約２／３である約０．７ｍｍの肉厚のものを使用している。なお、この第１金属パネル４の肉厚はこれに限られず、第２金属パネル７に対して１／２から４／５の肉厚であればよい。即ち、１／２より薄い場合には強度不足になり、４／５より厚い場合にはソリを防止する効果が少なくなるためである。なお、真空排気により形成される前記窪み部４ａ，７ａは、金属パネル４，７の肉厚の相違により、第１金属パネル４に形成される窪み部４ａの方が深さが深くなる。

図示しないゲッターは、外装体３内を真空排気した後に内部空間に発生するガス等を吸収し、所望の真空度を維持するために使用されもので、粒状などの形態をなす周知のものである。

次に、前記真空断熱パネルの製造方法について説明する。

まず、接合前の第１金属パネル４には、図２（Ａ）に示すように、断面凸形状に突出する排気部８が形成され、この排気部８に排気孔９が形成されている。なお、この排気孔９は、第１金属パネル４に開口を形成するだけでもよいし、チップ管を接合してもよい。また、第２金属パネル７には、前記排気部８の下面を閉塞する突片１０が設けられている。

そして、これら金属パネル４，７の間にコア材１を配設するとともにゲッターを配設した状態で互いの外周縁を重ね合わせ、この外周縁をシーム溶接等の圧着接合、ＴＩＧ溶接等の突き合わせ溶接、ＭＩＧブレージング等によって接合する。

ついで、前記第１金属パネル４の排気孔９に排気装置の排気管をシール部材を介して押し付け、予め規定した真空度になるように真空排気する。

前記真空排気により規定の真空度に達すると、その真空度を維持した状態でリークテスト装置により外装体３の内部空間にリークが存在するか否かをテストし、リークが無いことが確認されると、前記排気部８の基部（付け根の部分）をシーム溶接し、図２（Ｂ）に示すように接合するとともに、他の外周縁と面一になる位置で切断する。また、前記真空排気により、各金属パネル４，７には前記窪み部４ａ，７ａが形成される。

なお、前記ゲッターは、前記排気工程で、所定の高温雰囲気下で加熱した状態で行うことにより活性化される。または、前記排気工程は、活性化しない温度または常温の雰囲気下で行われ、排気孔９の封止が完了した後、複数の真空断熱パネルを纏めて加熱炉内に配置し、高温で加熱することにより活性化される。

このように構成した真空断熱パネルは、各金属パネル４，７に形成する窪み部４ａ，７ａが、真空排気工程を行うことにより形成されるため、この窪み部４ａ，７ａを形成するために各金属パネル４，７を予め加工する必要はない。そのため、製造コストが高くなることを防止できる。そのうえ、外装体３自体は重量が増加することはない反面、コア材１には貫通孔２を設けているため、真空断熱パネル全体の軽量化を図ることが可能である。

この真空断熱パネルを使用し、断熱対象物として加熱炉の壁面１１Ａを断熱する場合、図１（Ａ）に示すように、常温との温度差が大きく、高い温度が直接伝わる前記壁面１１Ａに薄肉の第１金属パネル４が位置するように設置する。また、断熱対象物として低温の液化ガスなどを搬送するためのタンクの壁面１１Ｂを断熱する場合、図１（Ｂ）に示すように、常温との温度差が大きく、低い温度が直接伝わる前記壁面１１Ｂに薄肉の第１金属パネル４が位置するように設置する。即ち、本発明の真空断熱パネルは、薄肉の第１金属パネル４を、常温との温度差の絶対値が高い側に配置する。そのため、断熱対象物の壁面において、一方が常温より高い温度で、他方が常温より低い温度である場合、常温との温度差の絶対値が高い側に、第１金属パネル４が位置するように配置する。

このように、前記真空断熱パネルは、薄肉であるため剛性が低く、熱の影響を受けて伸縮し易い第１金属パネル４を、断熱対象物において常温との温度差が大きい側に配置している。そのため、図１（Ａ）に一点鎖線で示すように、第１金属パネル４に常温より高い温度が加わると、該第１金属パネル４に生じる伸び作用は、主として前記窪み部４ａに作用する。そして、この窪み部４ａは、貫通孔２の開口内に窪む深さが大きくなるだけで、第１金属パネル４自体が外向きに伸びるのを低減することができる。逆に、図１（Ｂ）に示すように、第１金属パネル４に常温より低い温度が加わると、貫通孔２の開口内の窪み部４ａの深さが小さくなるだけで、第１金属パネル４自体が内向きに縮むのを低減することができる。そのため、外部から加わる熱の影響で全体に反りが生じることを抑制できる。しかも、本実施形態では、コア材１は硬質な多孔質体であるセラミックボードからなるため、コア材１自体の伸縮を抑制できるとともに、全体の剛性を向上できる。

なお、本発明の真空断熱パネルは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、薄肉の第１金属パネル４に側面被覆部５と接合縁部６とを設けて第２金属パネル７と接合したが、図３（Ａ）に示すように、第２金属パネル７に側面被覆部５と接合縁部６とを設けて第１金属パネル４と接合してもよい。または、図３（Ｂ）に示すように、接合縁部６がコア材１の肉厚の略中間に位置するように、両方の金属パネル４，７に浅い側面被覆部５と接合縁部６とを設けてもよい。

また、前記実施形態では、コア材１に一端面１ａから他端面１ｂにかけて貫通する貫通孔２を設け、金属パネル４，７に窪み部４ａ，７ａが形成されるようにしたが、図３（Ｃ）に示すように、端面１ａ，１ｂから他方に向けて窪む凹部１２を設け、この凹部１２の開口内に窪む窪み部４ａ，７ａを金属パネル４，７に設けてもよい。

さらに、常温との温度差が小さい側に配置される第２金属パネル７には、必ずしも窪み部７ａを設ける必要はない。即ち、図３（Ｄ）に示すように、コア材１には、一端面１ａから他端面１ｂに向けて窪む凹部１２のみを設け、この凹部１２を設けた一端面１ａに薄肉の第１金属パネル４を配置して製造してもよい。

さらにまた、コア材１に形成する貫通孔２または凹部１２は断面円形状に限られず、図４に示すように、一対の長楕円形状であってもよく、その断面形状は希望に応じて変更が可能である。

かつ、前記実施形態では、外装体３を第１金属パネル４と第２金属パネル７により構成し、側面被覆部５と接合縁部６とをいずれかに設ける構成としたが、各金属パネル４，７はいずれも平板状とし、側面被覆部５の上下端にそれぞれ接合縁部６を設けた専用の枠パネル１３を設けてもよい。この場合、この枠パネル１３は、第１金属パネル４と第２金属パネル７との熱伝導率を低くするために、第１金属パネル４より更に薄肉とすることが好ましい。

そして、前記実施形態では、外装体３を構成する金属パネル４，７をステンレスにより構成したが、鉄やチタン等であってもよく、必要とされる耐熱温度に従って希望に応じて変更が可能である。しかも、第１金属パネル４と第２金属パネル７とで異なる金属材料のものを使用してもよい。

また、前記実施形態では、コア材１として硬質なセラミックボードを適用したが、板状とした多孔質体であるウレタンを適用してもよく、その材料は外装体３と同様に必要とされる耐熱温度に従って希望に応じて変更が可能である。

さらに、前記実施形態では、真空断熱パネルの形状を平面視矩形状に形成したが、三角形状や五角形以上の多角形状でもよいうえ、円形状としてもよく、希望に応じて変更が可能である。

本発明の実施形態に係る真空断熱パネルを示し、（Ａ）は高温の加熱炉に配設した場合を示す断面図、（Ｂ）は低温のタンクに配置した場合を示す断面図である。 （Ａ）は真空排気前のパネルを示す斜視図、（Ｂ）は真空排気後のパネルを示す斜視図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ真空断熱パネルの変形例を示す断面図である。 真空断熱パネルの他の変形例を示す斜視図である。 真空断熱パネルの他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…コア材
１ａ…一端面
１ｂ…他端面
２…貫通孔
３…外装体
４…第１金属パネル
４ａ…窪み部
７…第２金属パネル
７ａ…窪み部
１１Ａ，１１Ｂ…壁面（断熱対象物）
１２…凹部

Claims (3)

1. 熱伝導度が低い材料からなる平板状のコア材と、該コア材の周囲を囲繞する薄肉の金属製外装体とからなり、該外装体内を真空排気した真空断熱パネルにおいて、
   前記コア材に、一端面から他端面にかけて貫通する貫通孔、または、一端面から他端面に向けて窪む凹部を設けるとともに、
   前記コア材の一端面を被覆する前記外装体の第１金属パネルを、対向する他端面を被覆する第２金属パネルより薄肉とし、
   真空排気により、少なくとも前記第１金属パネルに前記貫通孔または凹部の開口から内側に窪む窪み部を設け、
   断熱対象物において、前記第１金属パネルを常温との温度差が大きい側に配置するようにしたことを特徴とする真空断熱パネル。
2. 前記コア材は、硬質な多孔質体からなることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱パネル。
3. 前記多孔質体はセラミックボードからなることを特徴とする請求項２に記載の真空断熱パネル。

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