JP2005214372A - 密閉断熱構造体及び断熱壁面間補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる密閉断熱構造体と断熱壁面間補強方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、内部に支持体５を配設した密閉容器を備え、外装板３側を高温側、外装板２側を低温側に配置して外装板２，３を通過する伝熱量を抑える密閉断熱構造体１であって、支持体５が、外装板３の底面に一端が固定されて他端に収容口８が形成されたホルダ７と、収容口８内に収容された１個または一列に収容された２個以上の球体６とを備え、収容口８から一部露出した球体７の頂点が外装板２の底面と接することにより外装板２，３間を支持することを主要な特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝熱量をきわめて小さくして圧縮に強い密閉断熱構造体と、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮に対する強度を確実に補強できる断熱壁面間補強方法に関する。

近年、冷凍技術が広く普及し、低温の環境を保持するための断熱材が身近なものとなってきている。このような断熱材として、グラスウール、シリカファイバー等の繊維状あるいはホワイトカーボン、シリカヒューム、パーライト等の粒子状の充填材をステンレススチールやアルミ箔、プラスチックフィルム等の外装板に充填し、内部を真空状態にした真空断熱材が知られている（例えば、特許文献１）。この真空断熱材は、従来の断熱材が低熱伝導率の充填材を外装容器に充填しただけであったものを、熱伝導の低下に加えて真空を利用し内部ガスの対流防止を図ったものである。しかし、真空であるために外装板の強度が弱いと孔が開いてリークし易く、リークしても断熱性能が低下しないように、この技術は多数のセルを設けたものである。

このほか同様の断熱材として、表面板の間にハニカム状の支持体を挟んだ真空ハニカムパネルが知られている（例えば、特許文献２）。この真空ハニカムパネルは、ハニカム状の支持体によって表面板間が複数のシェルに分けられ、それぞれが独立して真空にされ、リークしても断熱性能が低下することはないし、ハニカム構造を挟むため強度も得られるものである。

ところで、最近、このような一般的な低温域を越えて、極低温域の物理現象、例えば超伝導や超流動等の研究とその実用化のための研究が進んでいる。これに伴って液体窒素や液体ヘリウム、液体水素等の寒剤を貯蔵する貯蔵容器の断熱性能が問われるようになってきている。このため、例えば、真空断熱と熱の輻射防止を行った貯蔵容器が提案された（例えば、特許文献３）。この貯蔵容器は、外容器と内容器の間の空間を真空とし、内容器の外周に積層断熱材を施すことで室温の外容器からの輻射熱を遮蔽するものである。この積層断熱材は、縦線と横線の線状エンボスの高さを同じ高さにしないように形成したエンボスアルミニウム蒸着フィルムスペーサとフラットアルミニウム蒸着ポリイミドフィルム反射材を交互に重ねたものである。このとき、積層断熱材のガスによる伝導熱を低減するためにこのガスを外容器内に廃棄し、積層断熱材中のスペーサと反射材間の真空圧力を１０^−３Torr以下にするが、縦線と横線エンボスの高さの差によって反射材とスペーサが形成する空間は密閉構造とならないため、反射材とスペーサで形成された空間は、真空排気が容易となる。このため、積層断熱材の層間の真空圧力を小さくでき、ガスの伝導熱を低減できるものである。しかし、貯蔵容器の外表面には、例えば３０ｃｍ×３０ｃｍの狭い領域に1ｔｏｎ近くの大気圧が作用するため、容器の潰れを防ぐには強度が必要で、実用上外容器と内容器の間に多数の支柱を設けることが避けられない。この支柱はせっかく真空断熱で得たはずの断熱性能を悪化させてしまう。

このように、支柱によって強度を上げることと、伝熱量を低減することはいわば相反することになる。図８（ａ）は従来の円柱形状の支柱の説明図、図８（ｂ）は従来の円筒形状の支柱の説明図、図８（ｃ）は従来の複数の突起を備えたモノリシックスペーサ板を備えた密閉断熱構造体の説明図、図８（ｄ）は従来のビード形状の支柱を備えた密閉断熱構造体の説明図である。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）において、一般的な支柱は図８（ａ）に示すような形状であるが、このような支柱では伝熱が十分抑えられないので、図８（ｂ）のような熱通過面積の小さい円筒形状の支柱が考案された。しかし、これにも限界がある。

そこで、図８（ｃ）のような伝熱を抑え強度を確保できる熱絶縁パネルが提案された（特許文献４参照）。この熱絶縁パネルは、非常に接近して設けられ内部に真空の密閉室を形成する二枚の硬質金属壁板と、この密閉室内に設置され、平面状で両面から横方向へ延びて壁板と接触する複数の突起を備えたモノリシックスペーサ板と、から構成される。この熱絶縁パネルでは、複数の突起が硬質金属壁板と「点」に近い接触を行うだけであり、熱流の通過面積を減少させることができるものである。そして、同様の技術思想から、図８（ｄ）に示すようなビードを点在させ、両側から二枚の硬質金属壁板で挟むことも開示されている。

特開平７−１３９６９０号公報 実開昭６３−１８８１２９号公報 特開平７−２６３７５８号公報 特許２７３６４６８号公報

ところで、具体的な説明をする前に、最初に用語について定義を行う。まず、密閉容器を備えて内部を真空にして熱伝導率を下げる断熱材は、収容される充填材、介在物、反射材により、また断熱する温度差にも左右されて、真空断熱材、真空ハニカムパネル、断熱パネル、真空断熱パネル、貯蔵容器、熱絶縁パネル等と、様々に呼称される。そして、これらの断熱材にはどれも表面に大気圧が作用し、容器の変形、場合によっては潰れ体策をしなければならないものである。同様に、密閉容器内が大気圧の断熱材も多く、これらには大気圧以外の外力が加わることがあり、容器に強度を持たせる必要がある。そこで、本明細書においては、これらすべてを含めて、外力に対して十分な強度を備えた密閉容器を外殻とし、容器自身と、容器内部の熱伝導率を下げることにより熱流を抑える断熱材を密閉断熱構造体と呼ぶ。また、このとき断熱と表現するが、実用的にみて完全もしくはこれに近いレベルで熱流を遮断するという通常の用法での断熱のほか、伝熱量を低減するものを含めて断熱という。同様に、密閉断熱構造体の密閉という表現は、内部が真空の場合のように完全に密封するために行う密閉と、大気圧の場合のように機密にする必要性が乏しく単に構造的に密閉しただけの密閉との、双方を含むものである。

さて、密閉断熱構造体に外部からの圧縮力に対抗できる十分な強度を与えるには、内部に支柱を設けた構造にすることが最も有効である。しかし、強度は確保できても、この支柱を伝わって高温側から低温側に熱が流れ、密閉断熱構造体の伝熱量を上げてしまうという問題があった。これを回避するために、従来、低熱伝導率のガラスやセラミック等の材料を選択し、併せて熱流通過面積をできるだけ小さくする方法が採られた。さらに支柱と容器との間に別の断熱材を設けることなども行われた。

さらに、図８（ｃ）（ｄ）に示す支柱は、複数の突起やビードが硬質金属壁板と「点」に近い接触を行って、熱流の通過面積を減少させるものである。また真空にすることによって内部ガスの対流防止も図れる。しかし、図８（ｃ）（ｄ）に示す密閉断熱構造体は、非常に接近して設けられた二枚の硬質金属壁板から構成されるもので、実質的に、２ｍｍ〜３ｍｍ程度の極薄のパネルで実施するものである。すなわち、図８（ｃ）（ｄ）の密閉断熱構造体を肉厚のパネルにするためには、ビードの直径を大きくするか、モノリシックスペーサ板の突起を長く鋭利にするか、もしくはモノリシックスペーサ板を複数枚積層することなどが必要である。解決手段として前二者の手段はいずれも実用的とはいえない。また最後の手段も、この技術がビードに予めポリスチレン被覆を施しこれを溶融させてビードを固定するため、実際にはビード固定部分の熱流通過面積は大きくなり、伝熱量は大きくなってしまうものである。また、パネルは様々な方向に設置しなければならないが、最初と最後の手段は、重量が増すと装備するのが難しく実用性がなくなる。また、図８（ｃ）（ｄ）の密閉断熱構造体は極薄で厚さが乏しく他の断熱材を利用できないため、更なる断熱性能の向上が見込めない。

そこで、このような課題を解決するために本発明は、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる密閉断熱構造体を提供することを目的とする。

また、伝熱量をきわめて小さくするとともに、密閉断熱構造体の厚さに自在に対応でき、圧縮強度を確実に補強できる断熱壁面間補強方法を提供することを目的とする。

本発明の密閉断熱構造体は、内部に支持体を配設した密閉容器を備え、第１の側面を高温側、第２の側面を低温側に配置して該密閉容器を伝わる熱流を低減する密閉断熱構造体であって、支持体が、第１の側面の内壁面に一端が固定されて他端に収容口が形成されたホルダと、収容口内に収容された１個または一列に収容された２個以上の球体とを備え、収容口から一部露出した球体の頂点が第２の側面の内壁面と接することにより、密閉容器内の支持を行うことを主要な特徴とする。

本発明の密閉断熱構造体によれば、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる。また、本発明の断熱壁面間補強方法によれば、伝熱量をきわめて小さくするとともに、密閉断熱構造体の厚さに自在に対応でき、圧縮強度を確実に補強できる。

以上の課題を解決するために本発明の第１の形態は、内部に支持体を配設した密閉容器を備え、第１の側面を高温側、第２の側面を低温側に配置して該密閉容器を伝わる熱流を低減する密閉断熱構造体であって、支持体が、第１の側面の内壁面に一端が固定されて他端に収容口が形成されたホルダと、収容口内に収容された１個または一列に収容された２個以上の球体とを備え、収容口から一部露出した球体の頂点が第２の側面の内壁面と接することにより、密閉容器内の支持を行う密閉断熱構造体であり、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる。第１の側面が高温側にあるので、第２の側面が極低温の密閉断熱構造体でも、ホルダの溶接等の固定部分を温度の影響の少ない側におくことができる。

本発明の第２の形態は、第１の形態の密閉断熱構造体であって、第１の側面の内壁面にホルダを固定し、一部露出した球体の頂点で第２の側面の内壁面と接するのに代えて、第２の側面の内壁面にホルダを固定し、一部露出した球体の頂点で第１の側面の内壁面と接する密閉断熱構造体であり、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる。

本発明の第３の形態は、第１または２の形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、ホルダの高さをｈ、球体の直径をＤ、球体の個数をｎ（ｎ＝１，２，・・）、第１及び第２の側面の各内壁面間の幅をＨとしたとき、支持体が（ｎ−１/２）Ｄ＜ｈ＜Ｈの関係を有する密閉断熱構造体であり、ホルダを他方の内壁面に非接触のまま、一列に重ねた球体だけで断熱しながら第１と第２の壁面間を支持することができる。

本発明の第４の形態は、第１〜３のいずれかの形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、ホルダが、円筒、多角筒、ガイド棒から構成された密閉断熱構造体であり、円筒、多角筒のホルダは作成し易く、ガイド棒のホルダは軽く安価に作れる。

本発明の第５の形態は、第１〜４のいずれかの形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、球体の表面に凹凸もしくは粗面が形成された密閉断熱構造体であり、伝熱量をさらに小さくすることができる。

本発明の第６の形態は、第１〜５のいずれかの形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、密閉容器内が真空もしくは負圧にされた密閉断熱構造体であり、密閉断熱構造体内のガスの対流による伝熱を抑えることができる。

本発明の第７の形態は、第１〜６のいずれかの形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、密閉容器内に低熱伝導率の充填材が収容された密閉断熱構造体であり、熱伝導による伝熱を抑えることができる。

本発明の第８の形態は、第１〜７のいずれかの形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、密閉容器内に反射板が設けられた密閉断熱構造体であり、熱の輻射による伝熱を抑えることができる。

本発明の第９の形態は、第８の形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、ホルダに係止部が設けられ、反射板が係止された密閉断熱構造体であり、反射板を固定するためにさらに部材を設けることなく、また、内壁面間を熱的に接続することなく、反射板を係止できる。

本発明の第１０の形態は、第８または９の形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、反射板が、熱伝導率換算量が２．０ｍW/mK以下になる所定の枚数以上配置された密閉断熱構造体であり、発泡ポリウレタンと同等もしくはそれ以上の低熱伝導を実現できる。

本発明の第１１の形態は、第１〜３，５〜１０のいずれかの形態の密閉断熱構造体において、支持体には、球体に代えて円柱体を設けるとともに、ホルダとして、収容口を形成する一対のホルダ板を設けた断熱装置であり、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができる。長いシール線を備えた支持体とすることができる。

本発明の第１２の形態は、第１〜１０のいずれかの形態の密閉断熱構造体であって、接合部に沿って第１１の形態の支持体を配設した密閉断熱構造体であり、接合部に沿ってシール線を形成した密閉断熱構造体にすることができる。

本発明の第１３の形態は、第１２の形態の密閉断熱構造体に従属する形態であって、接合部に沿って第１１の形態の２つの支持体を隣接させるとき、該２つの支持体の間に球体を備えた支持体を配設する密閉断熱構造体であり、さらに機密性を向上させることができる。

本発明の第１４の形態は、温度差を有する第１の壁面と第２の壁面の間を断熱するときに、第１の壁面と第２の壁面間の圧縮強度を補強する断熱壁面間補強方法であって、第１の壁面に収容口を第２の壁面に向けたホルダを設け、収容口内に１個または一列に２個以上の球体を収容し、収容口から一部露出した球体の頂点を第２の壁面と接触させることにより第１の壁面と第２の壁面間を支持する断熱壁面間補強方法であり、伝熱量をきわめて小さくするとともに、密閉断熱構造体の厚さに自在に対応でき、圧縮強度を確実に補強できる。

本発明の第１５の形態は、第１４の形態の断熱壁面間補強方法において、球体に代えて円柱体を収容した断熱壁面間補強方法であり、伝熱量をきわめて小さくするとともに、密閉断熱構造体の厚さに自在に対応でき、圧縮強度を確実に補強できる。長いシール線を形成することができる。

本発明の実施例1の密閉断熱構造体とこの断熱壁面間補強方法について図１（ａ）（ｂ）に基づいて説明をする。図1（ａ）は本発明の実施例1における密閉断熱構造体の斜視図、図1（ｂ）は（ａ）の密閉断熱構造体のＸ−Ｘ断面図である。

図１（ａ）（ｂ）において、１はステンレス，チタンその他の低熱伝導率の金属板を２枚凹状に加工して突き合わせ、実施例１では内部を真空もしくは負圧の密閉空間にした密閉断熱構造体である。従って実施例１においては大気圧が密閉断熱構造体１の外表面に加わることになる。しかし、空気をそのまま密閉したような場合にはこのような力は加わらない。２は底面（本発明の内壁面）が平面で縁部分が持ち上がって全体形状が凹状に加工された金属板で低温側に配置される外装板（この外側が本発明の第２の側面）、２ａは外装板２の周囲に形成された接合用縁部、３は底面（本発明の内壁面）が平面で縁部分が持ち上がって全体形状が凹状に加工された金属板で高温側に配置される外装板（この外側が本発明の第１の側面）、３ａは外装板３の周囲に形成された接合用縁部である。密閉断熱構造体１を構成する密閉容器は、外装板２，３の広口側を突き合わせ、周囲の接合用縁部２ａ，３ａ（本発明の接合部）を溶接等により接合することにより構成される。なお、実施例１の密閉断熱構造体１は板状のパネルを図示しているが、このような構成のものだけに限られない。円筒タンクや球状タンクを構成するパネルの場合は、外装板２，３の底面に対して、それぞれ円筒や球面を構成する曲率をもつ曲面形状を与えればよい。また、２枚以上の金属板で密閉容器を構成することもできる。

次に、４は密閉断熱構造体１内に形成される真空もしくは負圧の密閉空間、５は密閉断熱構造体1に加わる大気圧または外力に対して密閉断熱構造体1を補強する支持体である。６は低熱伝導率のガラス，セラミック，金属等の１個または２個以上の球体、７は低熱伝導率の金属板等で作られ球体６を収容して一列に積み重ねるためのホルダ、８はホルダに形成され球体６を一列に収容できる収容口である。収容口８は外装板２に向けて開口される。図１（ｂ）では密閉空間４に何も収容していないが、グラスウール、シリカファイバー等の低熱伝導率の繊維状充填材、ホワイトカーボン、シリカヒューム、パーライト等の低熱伝導率の粒子状充填材、金属箔等を充填するのでもよい。なお、反射材については実施例２で説明する。ホルダ７は、図1（ａ）（ｂ）に示すように密閉断熱構造体１が大気圧または外力で潰れない配置となるような位置（図１（ａ）の＋参照）に配列され、高温側の外装板３に溶接等で固定される。低温側の外装板２に溶接することもできるが、低温または極低温が溶接部分に影響しないように、常温となる高温側の外装板３に溶接するのがよい。

そこで、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて支持体５の説明を行う。図２（ａ）は本発明の実施例１における支持体の説明図、図２（ｂ）は（ａ）の支持体のＹ−Ｙ断面図、図２（ｃ）は（ａ）の支持体に対する寸法変動の影響を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、外装板２，３の底面間の高さをＨ、球体６の直径をＤ、ホルダ７の高さをｈとする。ホルダ７と外装板２は非接触で、外装板２，３間の熱的な接続は球体６による接触だけで行われる。このとき高さＨは球体６の個数ｎと直径Ｄとの積となり、Ｈ＝ｎＤである。ホルダ７は外装板２と非接触であるため、高さｈは高さＨより低くなければならない。また、ホルダ７は球体６を収容口８内で一列に積んで保持しなければならず、高さｈは（ｎ−１）Ｄより大きくなければならない。最上位置の球体６を安定して保持するためには、高さｈは（ｎ−１/２）Ｄより大きくする必要がある。すなわち、（ｎ−１/２）Ｄ＜ｈ＜Ｈでなければならない。このとき、最上位置の球体６の一部がホルダ７から露出して、外装板２と接触し、外装板２，３間に加わる力を頂点の接触面積で受け、熱的にもこの接触面積だけで接続され、ホルダ７を通して外装板２への熱の流れは生じないことになる。なお、最上位置の球体６の接触面積ほか、一列に積まれた各球体６はそれぞれの頂点と最下点で隣接する球体６または外装板３と接触して伝熱し、力を相互に及ぼす。

このホルダ７の形状は、図２（ｂ）に示すように円筒でも、四角筒でも、その他の多角筒でもよい。さらに図示はしないが、球体６を所定位置に保持できるなら、３本以上のガイド棒を立設して保持するのもよい。ガイド棒の立設位置は、多角筒のホルダ７の場合の球体６とホルダ７の接触する位置となる。

ところで、支持体５は球体６を所定の位置に一列に積んで保持しなければならない。しかし、実際には支持体５と球体６の寸法には製造誤差がある。収容口８の半径方向の寸法が球体６の直径Ｄより小さい場合は不良とせざるをえないが、実施例１においては、収容口８の半径方向の寸法が球体６の直径Ｄより大きい場合には、そのまま利用することができる。すなわち図２（ｃ）に示すように、収容口８の半径方向の寸法と球体６の直径Ｄとの間にΔの誤差が生じた場合、球体６の中心はホルダ７の中心軸から外れるものの、積み重なった状態で外装板２を支持することができる。このとき、力Ｆは球体６とホルダ７とで分散して支えられる。このようにホルダ７と球体６を利用することにより、両者の精度を緩和し、製造を容易にすることができる。

同様に、球体６の直径はすべてが同一直径でなくてもよい。同一直径であるのが好適ではあるが、サイズの異なる球体６を組み合わせて収容口８内に積み重ね、組合せによって支持体５を構成することもできる。従って、球体６が一列に収容されて外装板２を支持するというときには、サイズの異なった球体６が収容口８内に積み重ねられ全体として外装板２を支持する、ということをその内容として含むものである。

続いて、本発明の実施例１の支持体５の作用について説明する。図３（ａ）は本発明の実施例１における支持体の加圧時に熱流が通過する最小通過面積の説明図、図３（ｂ）は（ａ）の最小通過面積を有する支持柱で支持したときの座屈説明図、図３（ｃ）は（ａ）の支持体が座屈しないで支持できる最小面積の説明図である。

球体６や外装板２，３は剛体に近い硬さを有しているが、図３（ａ）に示すように支持体５に大気圧または外力等の力Ｆが加わったとき、微視的にみると僅かではあるが弾性変形を起こす。このとき外装板２，３と球体６間、球体６と球体６間の変形条件は近似的に同じとみなし、弾性変形して接触した面積をＳとし、その直径をｄとすると、外装板３からの力Ｆは各球体６間、球体６と外装板２間において、面積Ｓ（＝πｄ^２/４）の領域で支持されることになる。また、この状態での外装板２，３と球体間、球体６と球体６間の熱的な接触条件は近似的に同じとみなし、各接触面での温度差をΔTとし、接触熱コンダクタンスをKとすると、例えば外装板３から球体６への熱の移動量Ｑは、Ｑ＝ＫＳΔTとなる。従って、球体６の個数ｎが増せば、外装板２へ伝わる伝熱量はnに比例して次第に減り、支持体５を通過する伝熱量は無視できる程度にまで減少することが分る。

そこで、以下実施例１の支持体の熱的、強度的効果について説明する。球体列を通しての伝熱と等価の伝熱を行うことができる支持柱（例えば直径ｄ＝０. ５×１０⁻³ｍ，断面積Ｓ）を図示したものが図３（ｂ）である。この等価の支持柱はきわめて細く、力Ｆに対して支えきれず座屈を起こしてしまう。従ってこの等価の支持柱は、熱的には伝熱量を減らすことが可能であるが、強度的に実用にならない。そこで、逆に、座屈を起こさないで力Ｆを支えることができる最小断面積Ｓ_ｅｑとそのときの直径ｄ_ｅｑを求めると、通常例えば、図３（ｃ）のように球体６の直径Ｄの数分の１，数十分の１のオーダになる。もちろん高さＨ、材料等によって変化する。この場合強度的には目的を達成できるが、最小断面積Ｓ_ｅｑは断面積Ｓより格段に大きく、伝熱量は格段に大きなものとなる。従って、球体６を利用した実施例１の支持体５は、熱と強度の２つの課題を同時に解決できるものであって、強度的に強く、球体６自体は固定されず、この球体列を伝わって伝熱される伝熱量を無視できるほど小さくすることができるものである。

ここで図示はしないが、球体６の表面に凹凸を形成するとさらなる伝熱量の低減が行える。すなわち、球体６の表面に凹凸をつけると、実質的に接触する面積Ｓが減少するため、接触熱コンダクタンスＫが下がり、伝熱量が減少する。ここで球体６に形成する凹凸は、微小な粗さを形成したり、転動等を行って表面に疵をつけたものでもよい。

本発明の実施例１の密閉断熱構造体１を製造するときには、所定の大きさの金属板を２枚用意し、底面を平面とし全体形状が凹状にプレス加工して外装板２，３を形成する。また、球体６をガラスかセラミックで所定の大きさ、例えば直径１０ｍｍで多数形成する。次いで、引出しや押し出し等で内径１０ｍｍのプラス公差に加工した円柱のホルダ７を所定長さに切断し、外装板３の支持体５の所定箇所に立設して溶接等で固定する。このホルダ７内に球体６を収容し、ホルダ７から突出した球体６の片面に外装板３の底面を当てて覆い、接合用縁部２ａ，３ａを突き合わせ、当接した接合用縁部２ａ，３ａを真空または負圧雰囲気下で溶接等で接合する。空気を密封した場合は空気中でそのまま、他のガスを密封する場合はこのガス雰囲気下で接合用縁部２ａ，３ａを溶接すればよい。

このように実施例１の密閉断熱構造体１と断熱壁面間補強方法は、支持体５を１個または複数の球体６とホルダ７とで構成しているので、支持体５を通しての伝熱量をきわめて小さくすることができ、外部から作用する力に対しては確実に十分な強度をもたせることができる。球体６の数を増せば伝熱量は低減されるし、１個の球体６の場合は、従来技術のように球体６を外装板３に接着する必要がなく、外装板２にホルダ７で自由に保持するので、伝熱量が小さくなるし、製造も容易である、
また、球体６の数と直径を調整することにより、従来のように極薄の断熱パネルだけでなく、厚さの厚い密閉断熱構造体１や、円筒タンク、球形タンク等、様々の形状の壁面に自在に対応できる。実施例１の密閉断熱構造体１は製造が容易で、安価な断熱材を提供することができる。

本発明の実施例２の密閉断熱構造体とこの断熱壁面間補強方法について図４に基づいて説明をする。図４は本発明の実施例２における密閉断熱構造体の要部断面図、図５は反射板による熱輻射遮断の作用の説明図である。実施例１と同一符号は実施例２においても同一内容であり、詳細な説明は実施例１に譲って省略する。

図４において、１は密閉断熱構造体、２，３は外装板、２ａ，３ａは接合用縁部、４は密閉空間、５は支持体、６は球体、７はホルダである。図４には図示しないが、外装板２，３には接合用縁部２ａ，３ａが設けられている。次に、９は外装板２，３からの熱輻射を反射するため１枚または２枚以上所定間隔を開けて設けられたアルミニウム等の反射板、１０は反射板９をホルダ７に支持するための係止部である。

実施例２は、実施例１よりさらに断熱性能を高めた密閉断熱構造体１であり、極低温の寒剤を収容する貯蔵容器の壁面に利用可能なものである。この場合、真空圧力１０^−７Torr以下にするのが望ましい。外装板３から外装板２へ正味の輻射エネルギーの輸送があり、放射率εで輻射されるが、９枚の反射板９が設けられているため、この場合の輻射熱流束は反射板９を設置しない場合の１／１０となる。

図５は反射板の枚数（Ｎ）と熱輻射の熱伝導率換算量（λ_ｅｑ［ｍW/mK］）との関係を示している。外装板２、３の底面間の高さＨが５０ｍｍ、高温Ｔ１が３００Ｋ、低温Ｔ２が２０Ｋ、放射率ε＝０．５という条件で、反射板の枚数と熱伝導率換算量との関係を計算したものである。図５によれば、反射板の枚数Ｎを９枚設けたとき、熱伝導率換算量λ_ｅｑが２．７ｍW/mKとなり、発泡ポリウレタン（熱伝導率はおおむね２．０ｍW/mK）とほぼ同視できる低熱伝導率が実現できることになる。そして、１０枚以上の反射板９を設けることによって、さらなる低熱伝導率の密閉断熱構造体１を実現することができる。

ところで反射板９を所定間隔で複数枚設置するとき、従来のように板をエンボス加工して積み重ねることも考えられるが、このときは反射板９が接触しながら積層されて最終的に外装板２，３と接触することになり、伝熱量を増加させてしまう。しかし、実施例２の密閉断熱構造体１ではホルダ７に係止部１０を設けて、外装板２と各反射板９との熱的接続を断っているので、従来のような伝熱が生じることがない。なお、反射板９間の密閉空間４内にアルミ箔等をさらに配置するのも好適である。

本発明の実施例２の密閉断熱構造体１を製造するときには、ホルダ７を所定長さに切断した後、外装板３の支持体５の所定箇所に立設して溶接等で固定する。次いで、このホルダ７に外装板３に最も近い高さの係止部１０を溶接もしくは接着で取り付け、反射板９を載置して溶接もしくは接着で係止し、さらに同様に、次の係止部１０をホルダ７に取り付け、反射板９を係止する。これをＮ枚繰り返せばよい。そのほかは実施例１と同様である。なお、係止部１０を別途設けるのに代えて溶接または接着だけで係止部とすることで簡略化できる。

このように実施例２の密閉断熱構造体１とこの密閉断熱構造体１の補強方法は、反射板９を１枚もしくは２枚以上ホルダ７に取り付けて熱の輻射を遮断するので、支持体５の熱伝達の低減とともに、密閉断熱構造体１の伝熱量を最小にすることができる。また、反射板９の枚数を９枚以上にすれば、もっとも低熱伝導率の発泡ポリウレタンとほぼ同視できる低熱伝導率、もしくはそれ以上の低熱伝導率を実現できる

本発明の実施例３の円柱体あるいは円筒体を要素とする支持体で支持した密閉断熱構造体と断熱壁面間補強方法について、図６、図７に基づいて説明をする。図６は本発明の実施例３における密閉断熱構造体の円筒支持体の要部斜視図、図７は本発明の円柱体と球体を要素とする支持体を組み合わせた密閉断熱構造体の一部破砕斜視図である。実施例１と同一符号は実施例３においても同一内容であり、詳細な説明は実施例１に譲って省略する。

図６において、１１は密閉断熱構造体1に加わる大気圧または外力に対して密閉断熱構造体1の接合用縁部２ａ，３ａ、あるいは構造体内部に平行に並べて外装板２，３の底面間を補強する支持体、１２は低熱伝導率のガラス，セラミック，金属等の１本または２本以上の円柱体、１３ａ，１３ｂは低熱伝導率の金属板等で作られ円柱体１２を順に収容して積み重ねるための一対のホルダ板である。なお、支持体１１を構成する円柱体１２は中実の円柱体だけでなく、円筒体（パイプ）でもよく、以下円柱体１２というが中実の円柱体と円筒の双方を含んでいる。

次に、１４はホルダ板１３ａ，１３ｂの間に形成され円柱体１２を一列に収容できる収容口である。収容口１４の間に１本または２本以上の円柱体１２が積み重ねられ、最上位置の円柱体１２がホルダ板１３ａ，１３ｂから露出している。この最上位置の円柱体１２の上に外装板２の底面が載置される。

実施例３の支持体１１は、実施例１の支持体５が球体６を使っていたのに対して、円柱体１２を使った構成を有しているだけで、他の点は基本的に変わるところはない。従って、球体５を円柱体１２、ホルダ７をホルダ板１３ａ，１３ｂ、収容口８を収容口１４に読み替えればよい。例えば図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照するときは、外装板２，３の底面間の高さをＨ、円柱体１２の直径をＤ、ホルダ板１３ａ，１３ｂの高さをｈとすると、高さＨは円柱体１２の個数ｎと直径Ｄとの積で、Ｈ＝ｎＤである。ホルダ板１３ａ，１３ｂは外装板２と熱的に接続されない。ホルダ板１３ａ，１３ｂの高さｈは高さＨより小さく、（ｎ−１）Ｄより大きくなければならない。すべての円柱体１２を安定して保持するためには、（ｎ−１/２）Ｄ＜ｈ＜Ｈとする必要がある。このとき、支持体１１は外装板２，３間に加わる力を接触面積で受け、熱的にもこの接触面積だけで接続され、ホルダ板１３ａ，１３ｂを通して外装板２への熱の流れは生じないことになる。

支持体１１の作用を考えると、支持体１１は図３（ａ）に示す支持体５と同様に、力Ｆが加わったときに僅かながら弾性変形を起こすが、このときの弾性変形で接触した面積をＳとし、その幅をｄとすると、外装板３からの力Ｆは各円柱体１２間、円柱体１２と外装板２間において、幅ｄの面積Ｓの領域で支持される。実施例１と同様に円柱体１２の個数ｎが増せば増すほど、外装板２へ伝わる伝熱量を減少させることができる。接触した面積Ｓの作用だけで、支持体１１を通過する伝熱量は無視できる程度にまで減少することが分る。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しての円柱体１２の効果も実施例１と同様で、実施例１における伝熱量が等価で座屈を起こす支持柱支持柱が、伝熱量が等価で座屈を起こす支持板に置き換わるだけである。

ところで実施例３の支持体１１は、長尺の円柱を横に置いたときに、円筒曲面を構成する母線のうち頂上位置の母線で外装板２を支持するものである。従って、長いシール線を形成して外装板２を支持できるため、外装板２，３の接合部分に配置するのが好適である。そこで実施例３においては、図７に示すように実施例１の支持体５と組合せ、密閉断熱構造体１の周囲の接合用縁部２ａ，３ａ部分を補強するとともに、密閉空間４内の機密性向上にも寄与させている。

すなわち、図７において、矩形の密閉断熱構造体１の四辺の接合用縁部（本発明の接合部）に沿って長尺の支持体１１がそれぞれ設けられ、外装板２を円柱体１２の頂上の線上で支持する。長辺に配置される支持体１１とこれと隣接する短辺に配置される支持体１１の端部は、四隅で内側に位置するホルダ板１３ｂ同士が接合され、双方の端部正面は開放状態となる。そこで、この両端部に囲まれた空間に球体６を収容した支持体５をそれぞれ配置する。これによってさらに機密性が高まり、補強が可能になる。また、密閉断熱構造体１の内部においては、図示するように底面に球体６を収容した支持体５を整然と配列して外装板２をいわば点で支持する。なお、この支持体５を配列するのに代えて、円柱体１２を要素とする支持体１１を底面上に平行に配列するのでもよい。この場合、ほとんど線で支持を行い、点で支持するのは四隅だけとなる。このほかにも支持体５と支持体１１を混在させてもよい。なお、支持体１１は直線状のものに限らず、曲線状の形状にすることもできる。このときホルダ板１３ａ，１３ｂは平行な曲面となる。

このように実施例３の密閉断熱構造体１とこの密閉断熱構造体１の補強方法は、線で外装板２，３を支持できるので、点で支持する実施例１よりも安定して密閉断熱構造体１を補強できる。実施例１の支持体５と、実施例３の支持体１１を組み合わせることにより、強度、断熱性能がともに高く、信頼性の高い密閉断熱構造体１を提供することができる。

本発明は、伝熱量をきわめて小さくするとともに圧縮強度を確保でき、軽量で、自在に厚さを設定することができ、低温もしくは極低温、高温、極高温の断熱を行う密閉断熱構造体あるいは断熱施設に適用できる。

（ａ）本発明の実施例1における密閉断熱構造体の斜視図、（ｂ）（ａ）の密閉断熱構造体のＸ−Ｘ断面図 （ａ）本発明の実施例１における支持体の説明図、（ｂ）（ａ）の支持体のＹ−Ｙ断面図、（ｃ）（ａ）の支持体に対する寸法変動の影響を示す説明図 （ａ）本発明の実施例１における支持体を加圧時に熱流が通過する最小通過面積の説明図、（ｂ）（ａ）の最小通過面積を有する支持柱で支持したときの座屈説明図、（ｃ）（ａ）の支持体が座屈しないで支持できる最小面積の説明図 本発明の実施例２における密閉断熱構造体の要部断面図 反射板による熱輻射遮断の作用の説明図 本発明の実施例３における密閉断熱構造体の円筒支持体の要部斜視図 本発明の円柱体と球体を要素とする支持体を組み合わせた密閉断熱構造体の一部破砕斜視図 （ａ）従来の円柱形状の支柱の説明図、（ｂ）従来の円筒形状の支柱の説明図、（ｃ）従来のビード形状の支柱を備えた密閉断熱構造体の説明図

符号の説明

１ 密閉断熱構造体
２，３ 外装板
２ａ，３ａ 接合用縁部
４ 密閉空間
５，１１ 支持体
６ 球体
７ ホルダ
８，１４ 収容口
９ 反射板
１０ 係止部
１２ 円柱体
１３ａ，１３ｂ ホルダ板

Claims (15)

1. 内部に支持体を配設した密閉容器を備え、第１の側面を高温側、第２の側面を低温側に配置して該密閉容器を伝わる熱流を低減する密閉断熱構造体であって、
   前記支持体が、前記第１の側面の内壁面に一端が固定されて他端に収容口が形成されたホルダと、前記収容口内に収容された１個または一列に収容された２個以上の球体とを備え、前記収容口から一部露出した球体の頂点が前記第２の側面の内壁面と接することにより、前記密閉容器内の支持を行うことを特徴とする密閉断熱構造体。
2. 請求項１に記載された密閉断熱構造体であって、前記第１の側面の内壁面にホルダを固定し、一部露出した球体の頂点で前記第２の側面の内壁面と接するのに代えて、前記第２の側面の内壁面にホルダを固定し、一部露出した球体の頂点で前記第１の側面の内壁面と接することを特徴とする密閉断熱構造体。
3. 前記ホルダの高さをｈ、前記球体の直径をＤ、前記球体の個数をｎ（ｎ＝１，２，・・）、前記第１及び第２の側面の各内壁面間の幅をＨとしたとき、前記支持体が（ｎ−１/２）Ｄ＜ｈ＜Ｈの関係を有することを特徴とする請求項１または２記載の密閉断熱構造体。
4. 前記ホルダが、円筒、多角筒、ガイド棒から構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された密閉断熱構造体。
5. 前記球体の表面に凹凸もしくは粗面が形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された密閉断熱構造体。
6. 前記密閉容器内が真空もしくは負圧にされたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された密閉断熱構造体。
7. 前記密閉容器内に低熱伝導率の充填材が収容されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された密閉断熱構造体。
8. 前記密閉容器内に反射板が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載された密閉断熱構造体。
9. 前記ホルダに係止部が設けられ、前記反射板が係止されたことを特徴とする請求項８記載の密閉断熱構造体。
10. 前記反射板が、熱伝導率換算量が２．０ｍW/mK以下になる所定の枚数以上配置されたことを特徴とする請求項８または９記載の密閉断熱構造体。
11. 請求項１〜３，５〜１０のいずれかに記載された密閉断熱構造体において、前記支持体には、前記球体に代えて円柱体を設けるとともに、前記ホルダとして、前記収容口を形成する一対のホルダ板を設けたことを特徴とする断熱装置。
12. 前記密閉容器が２枚以上の側板を接合された請求項１〜１０のいずれかに記載された密閉断熱構造体であって、接合部に沿って請求項１１記載の支持体を配設したことを特徴とする密閉断熱構造体。
13. 接合部に沿って請求項１１に記載された２つの支持体を隣接させるとき、該２つの支持体の間に球体を備えた支持体を配設することを特徴とする請求項１２記載の密閉断熱構造体。
14. 温度差を有する第１の壁面と第２の壁面の間を断熱するときに、前記第１の壁面と前記第２の壁面間の圧縮強度を補強する断熱壁面間補強方法であって、前記第１の壁面に収容口を前記第２の壁面に向けたホルダを設け、前記収容口内に１個または一列に２個以上の球体を収容し、前記収容口から一部露出した球体の頂点を前記第２の壁面と接触させることにより前記第１の壁面と前記第２の壁面間を支持することを特徴とする断熱壁面間補強方法。
15. 請求項１４記載の断熱壁面間補強方法において、前記球体に代えて円柱体を収容したことを特徴とする断熱壁面間補強方法。

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