JP2018121825A - 断熱壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高温で使用される設備に適用することができる断熱壁構造を得ること。【解決手段】内壁部材１０と外壁部材２０との間の空間が減圧状態とされる断熱壁構造１に関する。断熱壁構造１は、設備使用温度域以下では固体状態であり、より高温の溶融温度域では溶融状態となる封止部材３０と、外壁部材２０の端部に設けられて封止部材３０が収容されかつ内壁部材１０の端部が挿入されて封止部材３０により外壁部材２０の端部と内壁部材１０の端部との間が封止された状態とされる収容皿２１と、収容皿２１に収容されている封止部材３０を溶融温度域まで加熱する加熱手段４０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、内壁部材と外壁部材とで囲われた空間を減圧状態とする断熱壁構造に関する。

特許文献１には、内管と外管との間の空間が真空とされる真空断熱容器の構造が示されている。真空断熱容器は、内管と外管の端部同士が溶接等によって接合されて一体化された構造を有している。

特開2011-219125号公報

例えば内部空間が加熱炉に接続されて高温環境下となるような設備に特許文献１の構造を適用しようとすると、加熱されて熱膨張により拡径する内管と、断熱されているために温度が上昇しない外管との間に大きな寸法差が生じ、内管と外管との間に大きな歪み応力が作用して溶接がはがれるなど、接合部分の破損が懸念される。したがって、特許文献１に示される真空断熱容器の構造を、高温で使用される設備に適用することは困難であった。

例えば２５０℃から３００℃程度までの温度域では、上記の寸法差をシリコーンゴム（耐熱２５０℃）やフッ素ゴム(耐熱３００℃)で吸収させることができるが、これ以上の温度域には対応できない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温で使用される設備に適用することができる断熱壁構造を提供することである。

上記課題を解決する本発明の断熱壁構造は、
内壁部材と外壁部材との間の空間が減圧状態とされる断熱壁構造であって、
所定の設備使用温度域以下では固体状態であり該設備使用温度域よりも高温の溶融温度域では溶融状態となる封止部材と、
前記外壁部材の端部に設けられて前記封止部材が収容されかつ前記内壁部材の端部が挿入されて前記封止部材により前記外壁部材の端部と前記内壁部材の端部との間が封止された状態とされる収容皿と、
該収容皿に収容されている前記封止部材を前記溶融温度域まで加熱する加熱手段と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、封止部材を溶融温度域まで加熱して溶融状態としてから、断熱壁構造を有する設備の温度を設備使用温度域まで上昇させる。そして、設備の温度を設備使用温度域に維持したまま、加熱手段による加熱を停止して封止部材の温度を下げて固体状態とする。したがって、熱膨張による内壁部材と外壁部材との寸法差を封止部材によって吸収することができ、設備使用温度域において内壁部材と外壁部材との間に歪み応力が作用するのを抑制することができる。

本発明によれば、高温で使用される設備に適用することができる断熱壁構造を提供できる。

本発明の実施形態に係わる断熱壁構造の斜視断面図。 本発明の実施形態に係わる断熱壁構造を適用した熱処理炉の断面を模式的に示す図。 図２に対応する他の具体例を示す図。

次に、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わる断熱壁構造の斜視断面図である。
本実施形態に係わる断熱壁構造１は、内壁部材１０と、外壁部材２０と、封止部材３０とを備えている。内壁部材１０は、ステンレス鋼などの金属からなる金属製の筒状部材である。内壁部材１０の一端は閉口端であり、他端は開口端である。外壁部材２０は、内壁部材１０と同様のステンレス鋼などの金属からなる金属製の筒状部材である。外壁部材２０の一端は閉口端であり、他端は開口端である。

断熱壁構造１は、外壁部材２０の開口端から内壁部材１０が挿入された、底付きの二重筒構造を有している。内壁部材１０の開口端と外壁部材２０の開口端との間は、封止部材３０によって封止されている。外壁部材２０には、真空ポンプ２（図２を参照）に通じる排気口２２が形成されており、内壁部材１０と外壁部材２０との間の空間を減圧状態にすることができる。

内壁部材１０の端部には、内壁部材１０の開口端から拡径方向に突出する平板状のフランジ部１１と、該フランジ部１１の外端縁で折曲されて内壁部材１０の他端側に向かって突出する縦壁部１２が設けられている。縦壁部１２は、内壁部材１０の中心軸と平行でかつ一定の高さ幅で周状に連続する形状を有しており、内壁部材１０の外周面との間に所定の間隔を開けて対向配置されている。

外壁部材２０の端部には、収容皿２１が設けられている。収容皿２１は、封止部材３０が収容されかつ内壁部材１０の縦壁部１２が挿入されて封止部材３０により外壁部材２０の端部と内壁部材１０の端部との間が封止された状態とされる構成を有する。収容皿２１は、内壁部材１０が熱膨張により拡径した場合に、縦壁部１２の拡径方向への移動を許容する。具体的には、収容皿２１は、外壁部材２０の開口端に沿って周状に連続して形成されており、外壁部材２０の軸方向外側に向かって開口する断面が略コ字状の凹溝形状を有している。収容皿２１は、外壁部材２０の中心軸に直交する平面形状の底面と、底面から立ち上がり、互いに径方向に離間して対向配置された内周壁面と外周壁面を有している。

収容皿２１の深さは、内壁部材１０の縦壁部１２の高さ幅よりも浅く設定されており、外壁部材２０の内部に内壁部材１０を配置した状態で縦壁部１２の下端が収容皿２１の底面に当接し、内壁部材１０が熱膨張した場合に、収容皿２１の底面上に沿って拡径方向に移動できるようになっている。

封止部材３０は、収容皿２１に収容されている。封止部材３０は、所定の設備使用温度域以下では固体状態であり、設備使用温度域よりも高温の溶融温度域で溶融状態となる物質からなる。封止部材３０には、例えばガラスあるいは亜鉛を用いることができる。

収容皿２１には、収容皿２１に収容されている封止部材３０を加熱するための加熱手段４０が設けられている。加熱手段４０には、例えば棒ヒータが用いられる。加熱手段４０は、封止部材３０を溶融温度域まで加熱して溶融させることができる。加熱手段４０は、図示していない制御手段により温度制御される。

図１に示すように、内壁部材１０の縦壁部１２は、上方から収容皿２１に挿入されて、縦壁部１２の下部は封止部材３０に没入されている。内壁部材１０の縦壁部１２と外壁部材２０の収容皿２１との間は封止部材３０によって封止されており、内壁部材１０と外壁部材２０の間の空間を真空ポンプ２により減圧状態にすることができる。

内壁部材１０の縦壁部１２は、封止部材３０が溶融状態のときは、収容皿２１の内部を径方向に自由に移動することができる。したがって、内壁部材１０の熱膨張による変形は、収容皿２１内での内壁部材１０の縦壁部１２（内壁部材の端部）の移動で吸収できる。

本実施形態に係わる断熱壁構造１は、例えば４００℃以上の高温用途の熱処理炉に適用される。熱処理炉は、例えばアルミニウム合金の鋳造に用いられるものであり、一旦、設備使用温度域まで昇温されると、かかる温度域で数ヶ月に亘って保持される使用方法を有する。

図２は、本発明の実施形態に係わる断熱壁構造を適用した熱処理炉の断面を模式的に示す図であり、図２（ａ）は、昇温前の状態を示し、図２（ｂ）は、昇温後の状態を示す。

熱処理炉の使用方法は、段取り工程と、熱処理工程を含んでいる。段取り工程では、図２（ａ）に示すように、熱処理炉の昇温前に、予め加熱手段４０により封止部材３０を加熱して溶融状態とする。そして、そのまま熱処理炉を昇温させて、内壁部材１０の内部の温度を、熱処理対象物の熱処理温度域である設備使用温度域まで昇温させる。内壁部材１０は、設備使用温度域において熱膨張を起こし、図２（ｂ）に示すように、拡径する方向に変形する。封止部材３０が予め溶融状態とされているので、内壁部材１０の縦壁部１２は、図２（ｂ）に示すように、収容皿２１の内部において拡径方向に移動することができる。

そして、拡径方向に移動した状態で、加熱手段４０による加熱を止める。封止部材３０は、加熱手段４０による加熱の停止により、溶融温度域よりも温度が低下し、再び凝固して固体状態となり、内壁部材１０の端部と外壁部材２０の端部との間を封止する。それから、真空ポンプ２を駆動して、内壁部材１０と外壁部材２０との間の空間を減圧し、断熱状態とする。以上で段取り工程を終了する。

次いで熱処理工程が行われる。熱処理工程では、内壁部材１０と外壁部材２０との間の空間が減圧され、かつ内壁部材１０で囲まれる内部空間の温度が４００℃以上の高温状態である設備使用温度域に保持された状態で、内部空間に熱処理対象物が収容されて熱処理が施される。内壁部材１０の内部は、数ヶ月単位の長期間に亘って設備使用温度域に保持され、その期間中に熱処理対象物に対する熱処理が行われる。

上記した断熱壁構造１によれば、内壁部材１０の温度が熱膨張を起こす程度の温度（例えば設備使用温度域）になる場合、加熱手段４０で封止部材３０を溶融温度域まで加熱して溶融させる。内壁部材１０の熱膨張による変形は、収容皿２１内での内壁部材１０の縦壁部１２の移動で吸収でき、吸収した後は加熱手段４０による加熱を止めて封止部材３０を再び凝固させる。すなわち、封止部材３０を溶融温度域まで加熱して溶融状態としてから、加熱炉の温度を設備使用温度域まで上昇させ、加熱炉の温度を設備使用温度域に維持したまま、加熱手段による加熱を停止して封止部材の温度を下げて固体状態とする。

したがって、熱膨張による内壁部材１０と外壁部材２０との寸法差を封止部材３０によって吸収することができ、設備使用温度域において内壁部材１０と外壁部材２０との間に歪み応力が作用するのを抑制することができる。したがって、本実施形態の断熱壁構造を、例えば熱処理炉などの高温で使用される設備に適用することができる。

断熱壁構造１では、所定の設備使用温度域以下では固体状態であり、設備使用温度域よりも高温の溶融温度域では溶融状態となる封止部材３０を用いて、内壁部材１０の端部と外壁部材２０の端部との間を封止する。例えば、封止部材３０を加熱して溶融させた状態で内壁部材１０を昇温させて拡径させ、その後、封止部材３０の加熱を止めて凝固させる。そして、真空ポンプにより内壁部材１０と外壁部材２０との間を減圧して真空断熱状態とすることができる。

従来のように、仮に内壁部材１０の端部と外壁部材２０の端部との接合部分にシリコーンゴムを用いた場合には、接合部分が２５０℃以上になる状況では使用できない。一方、本実施形態の断熱壁構造１によれば、適切な封止部材３０を選定することにより、より高温でも使用することができる。

本実施形態の断熱壁構造１によれば、封止部材３０を溶融し凝固させるという操作が必要であるが、アルミニウム合金の鋳造に用いる熱処理炉のように、一旦昇温すると長期間（数ヶ月）冷却しないような使用方法では問題とならない。

＜他の具体例＞
図３は、図２に対応する他の具体例を示す図であり、図３（ａ）は、昇温前の状態を示し、図３（ｂ）は、昇温後の状態を示す。

本実施形態の他の具体例として、収容皿２１の底面にセラミック板２３を敷設し、内壁部材１０の縦壁部１２と外壁部材２０の収容皿２１との間に介在させる構成としてもよい。セラミック板２３は、金属製の内壁部材１０及び外壁部材２０よりも熱伝導率が低い。したがって、内壁部材１０と外壁部材２０との間にセラミック板２３を介在させることにより、内壁部材１０と外壁部材２０が互いに直接接触するのを防いで、内壁部材１０の熱が外壁部材２０に伝達するのを抑制し、断熱壁構造１の断熱性能が低下するのを未然に防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ 断熱壁構造
２ 真空ポンプ
１０ 内壁部材
１１ フランジ部
１２ 縦壁部
２０ 外壁部材
２１ 収容皿
２２ 排気口
２３ セラミック板
３０ 封止部材
４０ 加熱手段

Claims (1)

1. 内壁部材と外壁部材との間の空間が減圧状態とされる断熱壁構造であって、
   所定の設備使用温度域以下では固体状態であり該設備使用温度域よりも高温の溶融温度域では溶融状態となる封止部材と、
   前記外壁部材の端部に設けられて前記封止部材が収容されかつ前記内壁部材の端部が挿入されて前記封止部材により前記外壁部材の端部と前記内壁部材の端部との間が封止された状態とされる収容皿と、
   該収容皿に収容されている前記封止部材を前記溶融温度域まで加熱する加熱手段と、
   を有することを特徴とする断熱壁構造。

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