JP2018123875A - 真空断熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】端部に環状の傾斜面を有する従来の真空断熱管よりも製作が容易な真空断熱管を提供する。【解決手段】外管１と、この外管１の内側に配置された内管２と、この内管２と外管１との間に画定された真空断熱層３と、この真空断熱層３の両端部を封止する封止部材４と、を備えた真空断熱管１０である。真空断熱管１０は、大径端１１と小径端１２を有し、大径端１１から小径端１２へ向けて漸次縮径されている。【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱管に関する。

従来から真空を用いた上下水道や温泉水の凍結防止や温度保持、プラントの液体や気体の温度保持のための断熱配管、および配管から発生する音の吸収に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１は、直管、曲り管、分岐管の必要箇所に隙間を設けて外管を配して二重管とし、該外管の縁端部にゴム状弾性体からなる封止材を挟持して密封し、該隙間を真空にした真空断熱配管を開示している（同文献、請求項１等を参照）。

より具体的には、内管と外管の縁端部の間にゴム状弾性体からなる封止材を挟持して密封し、内外管の間を真空にしている（同文献、請求項２等を参照）。また、内管または外管のゴム状弾性体を用いた封止材と接する部分を、管の中央部に向かって狭くなる傾斜面を環状に成形し、外管の端部より挿入される封止材が傾斜面に押圧されて管内面と密着し封止するように構成している（同文献、請求項４、明細書の第００１８から第００２１段落、および図３等を参照）。

特開２００３−３１４７８５号公報

前記特許文献１に記載された真空断熱管は、外管の端部に外側に広がる傾斜を設けることにより、押圧するだけで封止材を容易に内外管に密着させ、気密接合とすることができる。しかし、内管または外管の端部に環状の傾斜面を設けるには、たとえば、環状の傾斜面を有する傾斜部と、その傾斜部に接合される直管部分とを、それぞれ板材の切断、曲げ、溶接等によって個別に製作し、その後、これらを接合する必要があり、製作に手間がかかる。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、端部に環状の傾斜面を有する従来の真空断熱管よりも製作が容易な真空断熱管を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の真空断熱管は、外管と、該外管の内側に配置された内管と、該内管と前記外管との間に画定された真空断熱層と、該真空断熱層の両端部を封止する封止部材と、を備えた真空断熱管であって、大径端と小径端を有し、前記大径端から前記小径端へ向けて漸次縮径されていることを特徴とする。

本発明の真空断熱管は、内管および外管を備え、その間に真空断熱層を備えた二重構造の断熱管である。内管および外管の素材は、特に限定されないが、たとえば、変形を抑制可能な強度の確保と軽量化の観点から、ステンレス鋼などの金属板を用いることができる。

内管と外管との間に画定された真空断熱層は、たとえば、所定の真空度に真空引きされることで断熱性を発現する。真空断熱層は、たとえば外管の外周面に接続された真空引き用の配管を介して真空引きされ、その後、真空引き用の配管に設けられた弁を閉じることで、所定の真空度に維持される。真空断熱管の径方向における真空断熱層の層厚は、たとえば、真空断熱管の大径端から小径端まで一様にすることができる。すなわち、内管の外周面と外管の内周面との間隔は、大径端から小径端までおおむね等しくすることができる。

封止部材は、真空断熱層の両端部、すなわち、真空断熱管の大径端と小径端において、真空断熱層を封止する。封止部材の素材としては、たとえばゴムなどの弾性および気密性を有する素材を用いることができる。封止部材は、真空断熱管の大径端と小径端において、内管と外管との間で圧縮されて保持される。これにより、封止部材が弾性変形して内管の外周面と外管の内周面に密着し、外部から真空断熱層への空気の流入が封止部材によって阻止され、真空断熱層において所定の真空度が維持される。

真空断熱管は、大径端の開口の中心と小径端の開口の中心の少なくとも一方を通る中心線の方向において、一方の端部に最大径の大径端を有し、他方の端部に最小径の小径端を有し、大径端から小径端へ向けて漸次縮径されている。すなわち、真空断熱管は、一方の端部である大径端において直径が最大になり、他方の端部である小径端において直径が最小になるように、大径端から小径端へ向けて直径が次第に減少している。

真空断熱管は、たとえば、一様に縮径され、大径端の開口の中心と小径端の開口の中心とが同心の中空の円錐台形状の形状を有することができる。また、真空断熱管は、たとえば、一様に縮径され、大径端の中心と小径端の中心とが偏心し、径方向から見たときに、大径端のおよび小径端をそれぞれ下底および上底とし、一方の底角が直角である台形状の形状を有してもよい。

真空断熱管が大径端から小径端へ向けて漸次縮径されていることで、外管および内管も同様に、それぞれ、真空断熱管の大径端から小径端へ向けて漸次縮径されている。このように大径端から小径端へ向けて漸次縮径された外管および内管は、それぞれ、たとえば一枚の金属板を切断し、曲げ加工し、溶接するだけで、容易に製作することができる。

さらに、たとえば内管の両端部の外周に環状の封止部材を配置した状態で、内管の小径端を外管の大径端の開口部へ挿入し、内管の大径端が外管の大径端の内側に配置され、内管の小径端が外管の大径端の内側に配置されるまで、内管を外管の内側へ挿入していく。これにより、内管の小径端と外管の小径端との間、および、内管の大径端と外管の大径端との間に、それぞれ封止部材が配置された状態になる。

または、たとえば内管の小径端を外管の大径端の開口部へ挿入し、内管の小径端が外管の小径端の内側に配置され、内管の大径端が外管の大径端の内側に配置されるまで、内管を外管の内側へ挿入していく。その後、内管の小径端と外管の小径端との間、および、内管の大径端と外管の大径端との間に、それぞれ環状の封止部材をはめ込むように配置する。これにより、内管の小径端と外管の小径端との間、および、内管の大径端と外管の大径端との間に、それぞれ封止部材が配置された状態になる。

その後、たとえば外管の外周面に接続された真空引き用の配管を介して内管と外管との間に画定された真空断熱層を真空引きし、真空引き用の配管に設けられた弁を閉じる。これにより、外管と内管との間の間隔が狭まって封止部材が圧縮され、真空断熱層の両端部が封止部材によって封止され、真空断熱層が所定の真空度に維持される。

本発明の真空断熱管によれば、真空断熱管が大径端から小径端へ向けて漸次縮径されている構成により、端部の加工が不要になり、従来の端部に環状の傾斜面を有する真空断熱管よりも容易かつ安価に製作することができる。

本発明の実施の形態に係る真空断熱管の一例を示す断面図および端面図。 図１に示す真空断熱管の外管および内管の製造工程を説明する説明図。 図１に示す真空断熱管の真空断熱層を真空引きする前の断面図および端面図。 図１に示す真空断熱管を用いた装置の概略図。 従来の真空断熱管の外管の製造工程を説明する説明図。

以下、図面を参照して本発明の真空断熱管の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る真空断熱管１０の一例を示す断面図および端面図である。図１において、（ａ）は、真空断熱管１０の長手方向に延びる中心線Ｌに沿う概略的な断面図であり、（ｂ）は、真空断熱管１０を当該中心線Ｌの方向から見た大径端１１の概略的な端面図である。

本実施の形態の真空断熱管１０は、外管１と、その外管１の内側に配置された内管２と、その内管２と外管１との間に画定された真空断熱層３と、その真空断熱層３の両端部を封止する封止部材４と、を備えている。本実施の形態の真空断熱管１０は、大径端１１と小径端１２とを有し、大径端１１から小径端１２へ向けて漸次縮径されていることを特徴としている。以下、本実施の形態の真空断熱管１０の各構成を詳細に説明する。

外管１および内管２は、真空断熱管１０と同様に、それぞれ、大径端１ａ，２ａから小径端１ｂ，２ｂへ向けて漸次縮径されている。より詳細には、外管１および内管２は、それぞれ、一方の端部である大径端１ａ，２ａにおいて最大の直径を有し、他方の端部である小径端１ｂ，２ｂにおいて最小の直径を有し、大径端１ａ，２ａから小径端１ｂ，２ｂへ向けて直径が次第に減少している。外管１および内管２の素材は、特に限定されないが、たとえば、真空断熱層３を真空引きしたときの変形を抑制可能な強度の確保と、真空断熱管１０の軽量化の観点から、ステンレス鋼などの金属板を用いることができる。

外管１および内管２は、たとえば、それぞれが一様に縮径され、大径端１ａ，２ａの開口の中心Ｃ１と小径端１ｂ，２ｂの開口の中心Ｃ２とが同心の中空の円錐台形状の形状を有している。なお、外管１および内管２は、たとえば、それぞれが一様に縮径され、大径端１ａ，２ａの開口の中心Ｃ１と小径端１ｂ，２ｂの開口の中心Ｃ２とが偏心し、径方向から見たときに、大径端１ａ，２ａのおよび小径端１ｂ，２ｂをそれぞれ下底および上底とし、一方の底角が直角である台形状の形状を有してもよい。

外管１の内側に、内管２が、大径端１ａ，２ａと小径端１ｂ，２ｂの向きをそろえて配置されている。これにより、外管１の小径端１ｂの内側に内管２の小径端２ｂが配置され、外管１の大径端１ａの内側に内管２の大径端２ａが配置されている。また、外管１の小径端１ｂと内管２の小径端２ｂの間と、外管１の大径端１ａと内管２の大径端２ａの間に、それぞれ、環状の封止部材４が配置されている。内管２の外周面と外管１の内周面との間隔ｄは、たとえば、真空断熱管１０の大径端１１から小径端１２までの延在方向および真空断熱管１０の周方向において一様でおおむね等しくなっている。

外管１は、たとえば、外周面に形成された開口１ｃに真空引き用の配管５が接合されている。真空引き用の配管５は、流路を開閉可能なバルブ６を備え、たとえば図示を省略する真空ポンプに接続されている。たとえば、この真空引き用の配管５を介して、外管１と内管２との間の空間が所定の真空度に真空引きされ、その後、バルブ６を閉じることで、この外管１と内管２との間の空間が真空断熱層３になっている。前述のように、たとえば、内管２の外周面と外管１の内周面との間隔ｄが一様であることで、真空断熱管１０の径方向における真空断熱層３の層厚は、真空断熱管１０の大径端１１から小径端１２まで一様になっている。真空断熱管１０の大径端１１および小径端１２における真空断熱層３の両端部は、封止部材４によって封止されている。

封止部材４は、真空断熱管１０の大径端１１と小径端１２において外管１と内管２の間に配置され、外管１と内管２との間に画定された真空断熱層３の両端部を封止している。封止部材４の素材としては、たとえばゴムなどの弾性および気密性を有する素材を用いることができる。封止部材４は、真空断熱層３が所定の真空度に真空引きされることで、真空断熱管１０の大径端１１と小径端１２において外管１と内管２の間で圧縮されて保持される。これにより、封止部材４が弾性変形して内管２の外周面と外管１の内周面に密着し、外部から真空断熱層３への空気の流入が封止部材４によって阻止され、真空断熱層３において所定の真空度が維持されている。

このように、真空断熱管１０は、外管１および内管２を備え、その間に真空断熱層３を備えた二重構造の断熱管である。そして、真空断熱管１０は、大径端１１の開口の中心Ｃ１と小径端１２の開口の中心Ｃ２を通る中心線Ｌの方向において、一方の端部に最大径の大径端１１を有し、他方の端部に最小径の小径端１２を有し、大径端１１から小径端１２へ向けて漸次縮径されている。すなわち、真空断熱管１０は、一方の端部である大径端１１において直径が最大になり、他方の端部である小径端１２において直径が最小になるように、大径端１１から小径端１２へ向けて直径が次第に減少している。

また、真空断熱管１０は、一様に縮径され、大径端１１の開口の中心Ｃ１と小径端１２の開口の中心Ｃ２とが同心の中空の円錐台形状の形状を有している。なお、真空断熱管１０は、たとえば、一様に縮径され、大径端１１の中心Ｃ１と小径端１２の中心Ｃ２とが偏心し、径方向から見たときに、大径端１１のおよび小径端１２をそれぞれ下底および上底とし、一方の底角が直角である台形状の形状を有してもよい。

以下、本実施の形態の真空断熱管１０の作用について、従来の真空断熱管と比較しながら説明する。図２は、本実施の形態の真空断熱管１０の外管１および内管２の製造工程を説明する説明図である。図５は、従来の真空断熱管の外管Ｘの製造工程を説明する説明図である。

図５に示すように、従来の真空断熱管は、たとえば外管Ｘの端部に環状の傾斜面Ｘａが設けられている。このような外管Ｘを製作するには、たとえば、まず、母材である金属板Ｐから、直管部分Ｘ１の材料である矩形の板材Ｐ１と、傾斜部分Ｘ２の材料である扇形または円弧状の板材Ｐ２を切り出す。

次に、たとえば、直管部分Ｘ１の材料である板材Ｐ１を曲げ加工によって管状に曲げ、接合部を溶接によって接合することで、直管部分Ｘ１を製作する。また、傾斜部分Ｘ２の材料である板材Ｐ２を曲げ加工によって環状に曲げ、隣接する端部を溶接によって接合することで、環状の傾斜面Ｘａを有する傾斜部分Ｘ２を製作する。次に、直管部分Ｘ１の両端部に傾斜部分Ｘ２を溶接することで、外管Ｘの端部に環状の傾斜面Ｘａが設けられた従来の真空断熱管の外管Ｘを製作することができる。

これに対し、本実施の形態の真空断熱管１０は、大径端１１と小径端１２を有し、大径端１１から小径端１２へ向けて漸次縮径されている。そのため、図２に示すように、真空断熱管１０の外管１および内管２を製作するには、まず、母材である金属板Ｐから、外管１および内管２の材料である扇形または円弧状の板材Ｐ１を切り出す。次に、外管１および内管２の材料である板材Ｐ１を管状に曲げ、隣接する端部を溶接によって接合することで、外管１および内管２を製作することができる。

すなわち、従来の真空断熱管は、外管Ｘまたは内管を製作するときに、一対の傾斜部分Ｘ２と直管部分Ｘ１に対して、複数の切断、曲げ加工、溶接が必要になるだけでなく、一対の傾斜部分Ｘ２と直管部分Ｘ１の溶接が必要になる。これに対し、本実施の形態の真空断熱管１０は、一度の切断、曲げ加工、溶接によって、外管１および内管２を製作することができ、従来よりも製作を容易にすることができる。

図３は、図１に示す真空断熱管１０の真空断熱層３を真空引きする前の断面図および端面図である。図３において、（ａ）は、真空断熱管１０の長手方向に延びる中心線Ｌに沿う概略的な断面図であり、（ｂ）は、真空断熱管１０を当該中心線Ｌの方向から見た大径端１１の概略的な端面図である。

前述のように、外管１および内管２を製作したら、たとえば内管２の両端部の外周に環状の封止部材４を配置した状態で、内管２の小径端２ｂを外管１の大径端１ａの開口へ挿入し、内管２の大径端２ａが外管１の大径端１ａの内側に配置され、内管２の小径端２ｂが外管１の小径端１ｂの内側に配置されるまで、内管２を外管１の内側へ挿入していく。これにより、図３に示すように、内管２の小径端２ｂと外管１の小径端１ｂとの間、および、内管２の大径端２ａと外管１の大径端１ａとの間に、それぞれ封止部材４が配置された状態になる。

または、たとえば内管２の小径端２ｂを外管１の大径端１ａの開口へ挿入し、内管２の小径端２ｂが外管１の小径端１ｂの内側に配置され、内管２の大径端２ａが外管１の大径端１ａの内側に配置されるまで、内管２を外管１の内側へ挿入していく。その後、内管２の小径端２ｂと外管１の小径端１ｂとの間、および、内管２の大径端２ａと外管１の大径端１ａとの間に、それぞれ環状の封止部材４をはめ込むように配置する。これにより、図３に示すように、内管２の小径端２ｂと外管１の小径端１ｂとの間、および、内管２の大径端２ａと外管１の大径端１ａとの間に、それぞれ封止部材４が配置された状態になる。

その後、たとえば外管１の外周面に接続された真空引き用の配管５を介して外管１と内管２との間に画定された真空断熱層３を真空引きし、真空引き用の配管５に設けられたバルブ６を閉じる。これにより、図１に示すように、外管１と内管２との間の間隔ｄが狭まって封止部材４が圧縮され、真空断熱層３の両端部が封止部材４によって封止され、真空断熱層３が所定の真空度に維持される。

以上説明したように、本実施の形態の真空断熱管１０によれば、真空断熱管１０が大径端１１から小径端１２へ向けて漸次縮径されている構成により、端部の加工が不要になり、従来の端部に環状の傾斜面Ｘａを有する真空断熱管よりも容易かつ安価に製作することができる。

なお、真空断熱管１０において、真空断熱層３の両端部を封止部材４によって封止する代わりに、真空断熱管１０の大径端１１と小径端１２において外管１と内管２を溶接することが考えられる。しかし、外管１と内管２を溶接してしまうと、たとえば内管２の熱膨張によって生じるひずみにより、外管１と内管２の接合部が破壊してしまうおそれがある。しかし、真空断熱層３の両端部を封止部材４によって封止することで、内管２の熱膨張を許容することができ、このような問題を回避することができる。

図４は、図１に示す真空断熱管１０を用いた装置１００の一例を示す概略図である。この装置１００は、たとえば、被加熱物Ｍを収容する収容部２０と、収容部２０に熱風を循環させる加熱部３０とを備えている。収容部２０は、たとえば、被加熱物Ｍを出し入れするための扉２１と、加熱部３０から供給される熱風Ｈを導入するための熱風入口２２と、内部の空気を排出するための空気出口２３とを有している。

加熱部３０は、たとえば、収容部２０から排出された空気Ａを受け入れる空気入口３１と、空気入口３１から導入された空気Ａを加熱するヒータ３２と、このヒータ３２によって加熱された熱風Ｈを送出するシロッコファン３３と、このシロッコファン３３によって送出された熱風Ｈを排出する熱風出口３４とを有している。加熱部３０の熱風出口３４と収容部２０の熱風入口２２、および、収容部２０の空気出口２３と加熱部３０の空気入口３１は、それぞれ、前述の真空断熱管１０によって接続されている。

より詳細には、加熱部３０の熱風出口３４は、真空断熱管１０の大径端１１に接続され、収容部２０の熱風入口２２は、真空断熱管１０の小径端１２に接続されている。また、収容部２０の空気出口２３は、真空断熱管１０の大径端１１に接続され、加熱部３０の空気入口３１は、真空断熱管１０の小径端１２に接続されている。

このような構成により、加熱部３０の熱風出口３４から収容部２０の熱風入口２２に供給される熱風Ｈが、真空断熱管１０によって外気から断熱され、熱風Ｈの温度低下を防止することができる。また、収容部２０の空気出口２３から排出されて加熱部３０の空気入口３１に導入される空気Ａが、真空断熱管１０によって外気から断熱され、空気Ａの温度低下を防止することができる。したがって、装置１００の熱効率を向上させ、エネルギー消費を削減することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１ 外管
２ 内管
３ 真空断熱層
４ 封止部材
１０ 真空断熱管
１１ 大径端
１２ 小径端

Claims (1)

1. 外管と、該外管の内側に配置された内管と、該内管と前記外管との間に画定された真空断熱層と、該真空断熱層の両端部を封止する封止部材と、を備えた真空断熱管であって、
   大径端と小径端を有し、前記大径端から前記小径端へ向けて漸次縮径されていることを特徴とする真空断熱管。

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