JP2006081608A - 高温断熱用真空二重構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温領域において十分な断熱性能を発揮できる高温断熱用真空二重構造体を提供する。
【解決手段】 内側部材２と、該内側部材２を覆う外側部材３と、内側部材２と外側部材３の間に形成された真空空間８と、該真空空間８に内側部材２または外側部材３を覆うように配設された多層断熱材９とからなる真空二重構造体１において、多層断熱材９は少なくとも片面に酸化層１２が形成された金属箔１１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は１００℃〜５００℃程度の対象物の断熱または保温を行う、真空二重容器、真空二重パイプ、真空二重パネル等の高温用真空二重構造体に関する。

一般に、真空二重断熱構造は１００℃以下の低温では断熱性能がよいが、高温では断熱性能が劣る。真空二重断熱構造とマイクロサーモ等の高温用断熱材の断熱性能を放熱ロスで比較すると、図６に示すように、低温側が２０℃で高温側が３００℃以下（平均温度１６０℃）では、真空二重断熱が高温用断熱材よりも圧倒的に断熱性能が優れている。しかし、高温側が５００℃（平均温度２６０℃）になると、真空二重断熱は肉厚ｔ＝５０ｍｍの高温用断熱材と断熱性能がほぼ同じとなり、高温側が８００℃（平均温度４１０℃）では、真空二重断熱は肉厚ｔ＝３０ｍｍの高温用断熱材よりも断熱性能が劣る結果となる。これは低温側と高温側の温度の４乗の差が効くため、１００℃の場合の輻射伝熱量と比べると、３００℃で約１０倍、５００℃で約４０倍の輻射伝熱量となるからである。

そこで、真空二重断熱構造に多層断熱を採用すると、理論上、断熱効果が増加する。すなわち、同じ輻射率を有する輻射シールド板をｎ枚設置したときの輻射伝熱量は、次式で表される。これによると、輻射シールド枚数ｎが増加すると輻射伝熱量が低下し、遮熱効果が増大することが分かる。

このような多層断熱を採用したものとして、従来、引用文献１には、内容器と外容器の間に介在する真空空間に多層断熱材を備えた極低温用の真空二重瓶が記載されている。この多層断熱材は、高電気伝導性金属を蒸着したポリエステル系フィルムとポリエステル系ネットを交互に積層したものである。また、引用文献２には、多層断熱ではないが、内容器外面と外容器内面のうち少なくともいずれか一方に、ＳｉＯ２を含む中間膜を介して、金属酸化物を含む輻射熱防止膜を設けた断熱容器が記載されている。
特開平０５−２９９７１０号公報 特開２００３−２９９５８２号公報

このように、従来、高温領域において多層断熱構造を採用した例は見あたらない。仮に、引用文献１のような極低温用の真空二重瓶を１００℃〜５００℃程度の高熱領域で使用すると、数１で得られるような遮熱効果が得られないという事実がある。これは、高温使用時に発生するガスで真空が維持されなくなるのを防止するために真空二重瓶の製造時に使用温度まで加熱されるが、このときの熱によってポリエステル系フィルムからなる輻射シールド材が変質することによって、断熱性能が発揮できないからである。

また、ポリエステル系フィルムの代わりに銅などの金属箔を多層に設置して輻射シールド材として使用すれば、製造時の熱によって金属箔同士が金属接触状態となり、部分的に密着し、多層断熱による断熱性能が期待できない。

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、高温領域において十分な断熱性能を発揮できる高温断熱用真空二重構造体を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の手段は、
内側部材と、該内側部材を覆う外側部材と、前記内側部材と前記外側部材の間に形成された真空空間と、該真空空間に前記内側部材を覆い、または外側部材に内接するように配設された多層断熱材とからなる真空二重構造体において、
前記多層断熱材は少なくとも片面に酸化層が形成された金属箔を有するものである。

この構成によれば、内側部材と外側部材の間の真空空間に配設される多層断熱材が、少なくとも片面に酸化層が形成された金属箔を有するので、隣接する金属箔は酸化層同士が接触し、または純金属表面と酸化層が接触する。このため、金属箔の純金属表面同士の接触がなく、製造中に金属箔が互いに密着することが回避され、高温領域で使用するときには多層断熱による断熱性能が発揮される。

前記多層断熱材は、両面に酸化層が形成された金属箔と、酸化層が形成されていない金属箔とを交互に重ねて配置することができる。また、片面に酸化層が形成された金属箔を複数重ねて配置したり、片面に酸化層が形成された金属箔を多重に巻いて配置することもできる。

前記酸化層は、前記金属箔の少なくとも片面を化成処理して形成することができる。また、前記金属箔を大気中で高温酸化させて形成することもできる。

本発明の第２の手段は、
内側部材と、該内側部材を覆う外側部材と、前記内側部材と前記外側部材の間に形成された真空空間と、該真空空間に前記内側部材または外側部材を覆うように配設された多層断熱材とからなる真空二重構造体において、
前記多層断熱材は異種材料からなる金属箔を交互に配設してなるものである。
この場合の異種材料の金属箔としては、銅箔とアルミニウム箔が好ましい。

この構成によれば、内側部材と外側部材の間の真空空間に配設される多層断熱材が、異種材料からなる金属箔を交互に配設しているので、隣接する金属箔は異種金属が接触する。このため、同種の金属箔の純金属表面同士の接触がなく、製造中に金属箔が互いに密着することが回避され、高温領域で使用するときには多層断熱による断熱性能が発揮されることになる。

本発明によれば、内側部材と外側部材の間の真空空間に配設される多層断熱材が、少なくとも片面に酸化層が形成された金属箔を有するので、金属箔の純金属表面同士の接触がなく、製造中に金属箔が互いに密着することが回避され、高温領域でも多層断熱による優れた断熱性能が発揮される。

また、本発明によれば、内側部材と外側部材の間の真空空間に配設される多層断熱材が、異種材料からなる金属箔を交互に配設しているので、同種の金属箔の純金属表面同士の接触がなく、製造中に金属箔が互いに密着することが回避され、高温領域でも多層断熱による優れた断熱性能が発揮される。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１，図２は、本発明に係る高温断熱用真空二重構造体の実施形態である真空二重容器１を示す。この真空二重容器１は、ステンレス鋼製の内容器２と、該内容器２の外側に設けられた同じくステンレス鋼製の外容器３とからなっている。内容器２と外容器３の口部４，５は互いに接続されている。外容器３の底外面には排気孔６が設けられ、該排気孔６には内容器２と外容器３の間の空間を排気して真空にするのに使用されたチップ管７が接続されている。チップ管７は排気後に封じ切られている。内容器２と外容３器の間の真空空間８には、内容器２の外面に多層断熱材９が配設されている。

多層断熱材９は、図２に示すように、第１金属箔１０と第２金属箔１１とを交互に重ねて配置したものである。第１金属箔１０は、両面に純金属面を有する厚さ６μの銅箔からなる。第２金属箔１１は、厚さ６μの銅箔の両面に１μの酸化層１２を形成したものである。酸化層１２は、化成処理または大気中での高温酸化によって形成される。化成処理としては、銅箔を高温アルカリ塩浴中に浸漬させる、パーカライジング処理やボンデライト処理が好ましい。大気中での高温酸化は、３００℃の高温槽内に金属箔を約１０分曝すことで行うことができる。

多層断熱材９を内容器２と外容器３の間の真空空間８に配設する方法としては、内容器２を外容器３に挿入する前に、内容器２の胴部１３の外面に第１金属箔１０と第２金属箔１１を交互に巻き付ける。このとき、図２に示すように、金属箔１０，１１の両端の重ね合わせ部をずらせるようにするとよい。この代わり、第１金属箔１０と第２金属箔１１を予め交互に重ねたものを内容器２の胴部１３の外面に巻き付けてもよい。全ての金属箔１０，１１を巻き終わると、金属箔１０，１１の上部を捻って絞り込みながら内容器２の首部１４の外面に沿わせるとともに、下部を折り込んで内容器２の底部１５の外面に沿わせる。ここで、排気孔６と対向する位置に金属箔１０，１１があると、排気時に金属箔１０，１１が捲れ上がって排気孔６を塞ぐ虞れがあるので、金属箔１０，１１の縁を切除するか、予め長さを調整しておくことが望ましい。また、必要に応じて、排気孔６の近傍の金属箔１０，１１を内容器２にスポット溶接してもよい。

多層断熱材９の各金属箔１０，１１を互いに接触させずに内容器２に巻き付けることは実際に不可能である。このため、巻き終わった多層断熱材９の各金属箔１０，１１は随所で互いに接触している。しかし、この接触は、第１金属箔１０の純金属表面と第２金属箔１１の酸化層１２との接触であるので、従来の金属接触にように、真空排気時やチップ管の封じ切り時、高温使用時の熱によって密着することはない。したがって、本発明に係る真空二重容器１を高温領域で使用しても、多層断熱による優れた断熱性能が発揮される。

図４は、図３に示すような両面に純金属面を有する第１金属箔１０と両面に酸化層１２を有する第２金属箔１１の２種類の金属箔１０，１１からなる多層断熱材９を使用する代わりに、片面に酸化層１６を有する銅箔である１種類の金属箔１７を、酸化層１６と純金属面が接触するように、内容器２の外面に複数重ねて配置したものである。この代わり、金属箔１７を長く作成しておいて、内容器２の外面に多重に巻き付け、所謂ぐるぐる巻きにしてもよい。このように１種類の金属箔１７を使用しても、各層の金属箔１７は純金属表面と酸化層１６との接触であるので、真空排気時やチップ管の封じ切り時、高温使用時の熱によって密着することはなく、高温領域で使用しても、多層断熱による優れた断熱性能が発揮される。

図５は、多層断熱材９として、図３や図４のような酸化層１２，１７を有する同種の金属箔１０，１１，１７を使用するものではなく、異種材料からなる金属箔１８，１９を使用するものである。すなわち、図５の多層断熱材９は、厚さ６μの銅からなる第１金属箔１８と、厚さ６μのアルミニウムからなる第２金属箔１９とを交互に重ねて配置したものである。各金属箔１８，１９の配置の方法は、図３に示すものと同様である。このように異種材料の金属箔１８，１９を使用しても、各層は異種金属表面の接触であるので、真空排気時やチップ管の封じ切り時、高温使用時の熱によって密着することはなく、高温領域で使用しても、多層断熱による優れた断熱性能が発揮される。

図６は、以上のような本発明の多層断熱材９を使用した真空二重容器１の断熱性能を、多層断熱材のない真空二重断熱および高温用断熱材の断熱性能と比較したものである。これによれば、１９枚の金属箔を使用した真空二重容器の輻射伝熱量は、多層断熱材のない真空二重断熱の１／１０となり、高温用断熱材よりも遙かに断熱性能が優れていることが分かる。

なお、前記実施形態では、多層断熱材９を内容器２の外面を覆うように設けたが、外容器３の内面に沿うように設けもよい。また、以上の真空二重容器の実施形態について説明をしたが、本発明は真空二重容器だけでなく、内管と外管の間を真空にしてなる真空二重パイプや、内側平板と外側平板の間を真空にしてなる真空二重パネルにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る真空二重容器の半断面図。 図１の真空二重容器の横断面図。 図１の真空二重容器の一部拡大断面図。 図３の変形例を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る真空二重容器の一部拡大図断面図。 真空２重構造と高温用断熱材の断熱性能の比較を示すグラフ。

符号の説明

１ 真空二重容器（真空二重構造体）
２ 内容器（内側部材）
３ 外容器（外側部材）
８ 真空空間
９ 多層断熱材
１０ 第１金属箔
１１ 第２金属箔
１２ 酸化層
１６ 酸化層
１７ 金属箔
１８ 第１金属箔
１９ 第２金属箔

Claims (7)

1. 内側部材と、該内側部材を覆う外側部材と、前記内側部材と前記外側部材の間に形成された真空空間と、該真空空間に前記内側部材を覆い、または外側部材に内接するように配設された多層断熱材とからなる真空二重構造体において、
   前記多層断熱材は少なくとも片面に酸化層が形成された金属箔を有することを特徴とする真空二重構造体。
2. 前記多層断熱材は、両面に酸化層が形成された金属箔と、酸化層が形成されていない金属箔とを交互に重ねて配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空二重構造体。
3. 前記多層断熱材は、片面に酸化層が形成された金属箔を複数重ねて配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空二重構造体。
4. 前記多層断熱材は、片面に酸化層が形成された金属箔を多重に巻いて配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空二重構造体。
5. 前記酸化層は、前記金属箔の少なくとも片面を化成処理して形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空二重構造体。
6. 前記酸化層は、前記金属箔を大気中で高温酸化させて形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空二重構造体。
7. 内側部材と、該内側部材を覆う外側部材と、前記内側部材と前記外側部材の間に形成された真空空間と、該真空空間に前記内側部材または外側部材を覆うように配設された多層断熱材とからなる真空二重構造体において、
   前記多層断熱材は異種材料からなる金属箔を交互に配設してなることを特徴とする真空二重構造体。

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