JP2019001485A

JP2019001485A - 加熱炉用断熱壁体

Info

Publication number: JP2019001485A
Application number: JP2017116082A
Authority: JP
Inventors: 山下　修; Osamu Yamashita; 修山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2019-01-10

Abstract

【課題】内筒と外筒との間の断熱性、及び内筒と外筒とで形成される空間のシール性を確保することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供する。【解決手段】本発明にかかる加熱炉用断熱壁体１は、開口面２ｂに沿って内側に延びる環状のフランジ２１を有する筒状かつ有底の外筒２と、外筒２の内側に配置され、開口面３ｂに沿って外側に延びる環状のフランジ３１を有する筒状かつ有底の内筒３と、外筒２の外側においてフランジ２１とフランジ３１とに挟持され、外筒２と内筒３とで形成される減圧された空間８を外気からシールする環状のシール材５と、を備える。シール材５は、複数の環状の弾性体５１〜５４と、複数の環状の弾性体５１〜５４に挟持された環状かつ板状の補強部材９１〜９３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は加熱炉用断熱壁体に関する。

底を有する内筒が、同じく底を有する外筒の内側に配置され、内筒と外筒とが開口部側において封止され、内筒と外筒との間隙に減圧状態の空間が形成された真空断熱容器が知られている。このような真空断熱容器は、例えば加熱炉用断熱壁体として用いることができる。

特許文献１には、金属製の内筒と金属製の外筒とを備え、内筒と外筒とが開口部側において溶接によって接合された真空断熱容器が開示されている。

特開２０１１−２１９１２５号公報

特許文献１に開示されているような金属製の内筒と外筒とを備える真空断熱容器を、加熱炉など内筒の温度が外筒の温度に比べて大きく変動する条件下で使用する場合、熱膨張によって内筒の寸法が外筒の寸法に比べて大きく変動する。このため、内筒と外筒との接合部分にせん断応力が働き、内筒と外筒との接合部分が破損する恐れがある。また、外筒と内筒が直接接合されていると、熱伝導によって内筒の熱が外筒に漏れてしまうため、断熱性を十分に高めることが難しい。このような問題を解決するために、真空断熱容器を加熱炉用断熱壁体として用いる場合に、環状の弾性体をシール材として用いることがある。

図５は、従来の加熱炉用断熱壁体１００の構成について説明する模式図であり、環状の弾性体をシール材として用いた加熱炉用断熱壁体を示している。図５に示すように、加熱炉用断熱壁体１００は、外筒１０２、内筒１０３、弾性シール材１０５、ポート１０６、真空ポンプ１０７、および空間１０８を備える。

外筒１０２および内筒１０３は、筒状であり、底を有する。内筒１０３は外筒１０２の内側に配置されており、かつ、内筒１０３の開口面１０３ｂは外筒１０２の開口面１０２ｂよりも外側に配置されている。外筒１０２の開口部にはフランジ１２１が設けられている。また、内筒１０３の開口部にはフランジ１３１が設けられている。フランジ１２１とフランジ１３１との間には弾性シール材１０５が設けられている。これにより、外筒１０２と内筒１０３とで形成される空間が封止される。外筒１０２と内筒１０３と弾性シール材１０５とで形成される空間１０８は、ポート１０６を介して真空ポンプ１０７を用いて排気されることにより減圧状態とされる。

図５に示す加熱炉用断熱壁体１００では、内筒１０３から外筒１０２に伝わる熱量を少なくするために弾性シール材１０５を厚くしている。つまり、内筒１０３が加熱されると内筒１０３のフランジ１３１も加熱されるが、このとき弾性シール材１０５の厚みが十分に厚くないと、内筒１０３のフランジ１３１から弾性シール材１０５を介して外筒１０２のフランジ１２１に熱が伝わるため、十分な断熱性を確保することができない。このため、図５に示す加熱炉用断熱壁体１００では、厚みのある弾性シール材１０５を用いることで、内筒１０３と外筒１０２との間の断熱性を確保している。

しかしながら、加熱炉用断熱壁体１００のシール材に厚みのある弾性シール材１０５を用いた場合は、真空ポンプ１０７を用いて空間１０８を減圧状態とした際に、図６に示すように、弾性シール材１０５に大気圧による応力Ｆ３が働き、弾性シール材１０５が内筒１０３側に引き寄せられて変形する。このように弾性シール材１０５が変形すると、フランジ１２１と弾性シール材１０５との間、およびフランジ１３１と弾性シール材１０５との間に間隙が生じる場合がある。このため、加熱炉用断熱壁体１００のシール材に厚みのある弾性シール材１０５を用いた場合は、十分なシール性を確保することができないという問題がある。

本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、内筒と外筒との間の断熱性、及び内筒と外筒とで形成される空間のシール性を確保することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、加熱炉用断熱壁体であって、第１開口面に沿って内側に延びる環状の第１フランジを有する筒状かつ有底の外筒と、前記外筒の内側に配置され、第２開口面に沿って外側に延びる環状の第２フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、前記外筒の外側において前記第１フランジと前記第２フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状のシール材と、を備え、前記シール材は、複数の環状の弾性体と、当該複数の環状の弾性体に挟持された環状かつ板状の補強部材と、を備える。

本発明にかかる加熱炉用断熱壁体では、複数の環状の弾性体と、当該複数の環状の弾性体に挟持された環状かつ板状の補強部材と、を用いてシール材を構成している。このように、複数の環状の弾性体を用いてシール材を構成することで、シール材を厚くすることができ、内筒と外筒との間の断熱性を確保することができる。また、複数の弾性体の間に補強部材を設けているので、シール材の剛性を高めることができる。よって、外筒と内筒とで形成される空間が減圧状態になった際に、シール材が変形することを抑制することができる。したがって、内筒と外筒とで形成される空間のシール性を確保することができる。

本発明によれば、内筒と外筒との間の断熱性、及び内筒と外筒とで形成される空間のシール性を確保することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。

実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体を示す模式図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。従来の加熱炉用断熱壁体を示す模式図である。従来の加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１の構成について説明する模式図である。図１に示すように、加熱炉用断熱壁体１は、外筒２、内筒３、シール材５、ポート６、真空ポンプ７、空間８を備える。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う加熱炉用断熱壁体１の断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う加熱炉用断熱壁体１の断面図である。なお、図２および図３の断面図では、フランジ２１、ポート６、および真空ポンプ７についても図示している。

外筒２および内筒３は、筒状であり、底を有する。具体的に説明すると、外筒２はｘ軸方向（長手方向）に伸びる筒状の構造体であり、ｘ軸方向マイナス側に底を有し、ｘ軸方向プラス側に開口面２ｂを有する。外筒２の開口面２ｂ（第１開口面）は、ｙｚ面と平行な面（換言すると、外筒２の長手方向に垂直な面）である。

内筒３はｘ軸方向（長手方向）に伸びる筒状の構造体であり、ｘ軸方向マイナス側に底を有し、ｘ軸方向プラス側に開口面３ｂを有する。内筒３の開口面３ｂ（第２開口面）は、ｙｚ面と平行な面（換言すると、内筒３の長手方向に垂直な面）である。

内筒３は外筒２の内側に配置されており、かつ、内筒３の開口面３ｂは外筒２の外側（つまり、外筒２の開口面２ｂよりもｘ軸方向プラス側）に配置されている。また、図２に示すように、外筒２の外側は外気である。内筒３の内側は収容空間４である（図２参照）。外筒２および内筒３は、例えば、ステンレス鋼、鉄鋼を用いて構成することができる。外筒２および内筒３を構成する材料は、同じであっても良いし、異なっていても良い。

外筒２の開口部（ｘ軸方向プラス側の端部）にはフランジ２１（第１フランジ）が設けられている。フランジ２１は、環状（図２参照）であって、かつ、外筒２の開口部側の端部から開口面２ｂに沿って内側に延びている。また、内筒３の開口部（ｘ軸方向プラス側の端部）にはフランジ３１（第２フランジ）が設けられている。フランジ３１は、環状であって、かつ、内筒３の開口部側の端部から開口面３ｂに沿って外側に延びている。環状の加熱炉用断熱壁体１において十分な断熱性を確保するために、外筒２と内筒３は、フランジ部分も含めて互いに直接接触することがない寸法に設計されることが望ましい。例えば、フランジ２１の内径２ｃは開口面２ｂにおける内筒３の外径３ｃよりも大きいことが望ましい。

フランジ２１とフランジ３１との間にはシール材５が挟持されている。シール材５は環状（図２参照）であり、外筒２と内筒３とで形成される空間を外気から封止している。つまり、シール材５は、フランジ２１およびフランジ３１とシール材５との間に生じる摩擦力によって外筒２と内筒３とで形成される空間を封止している。外筒２と内筒３とシール材５とで形成される空間８は、ポート６を介して真空ポンプ７によって減圧されることにより、減圧状態とされる。

図１に示すように、シール材５は、複数の環状の弾性体５１〜５４と、環状かつ板状の補強部材９１〜９３と、を有する。環状かつ板状の補強部材９１〜９３は、弾性体５１〜５４に挟持されている。そして、図１に示すように、弾性体５１〜５４および補強部材９１〜９３は、ｙｚ平面と略平行になるように配置されている。換言すると、シール材５は、弾性体５１〜５４と補強部材９１〜９３とを交互に積層することで構成することができる。

弾性体５１〜５４は、外筒２および内筒３を構成する材料よりも熱伝導率が低く、弾性限界が大きく、かつ弾性率が低い材料（変形しやすい材料）で構成される。例えば、弾性体５１はシリコーンゴムやフッ素ゴムを用いて構成することができる。補強部材９１〜９３は、弾性体５１〜５４よりも剛性が高い材料（応力によって変形しにくい材料）で構成される。例えば、補強部材９１〜９３はステンレス鋼や鉄鋼を用いて構成することができる。また、弾性体５１〜５４と補強部材９１〜９３との間には摩擦力が働く。この摩擦力によって弾性体５１〜５４と補強部材９１〜９３とが密着し、更にフランジ２１と弾性体５１、及びフランジ３１と弾性体５４とが密着するため、シール材５は空間８を外気からシールすることができる。

本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１は、例えば収容空間４にヒータを設けて加熱炉として用いられる。このため、収容空間４が高温になり、内筒３も高温状態になる。ここで、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１では、図１に示すように、複数の弾性体５１〜５４を長手方向（ｘ軸方向）に並べてシール材５を構成しているため、シール材５の長手方向における長さを長く（換言すると、シール材５の厚みを厚く）することができる。そのため、内筒３からシール材５を介して外筒２に伝わる熱量を少なくすることができ、外筒２と内筒３との間の断熱性を確保することができる。

次に、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１の真空引き時における挙動を、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１の真空引き後の状態を示す模式図である。

図４に示すように、真空ポンプ７を用いて空間８を真空引きすると、空間８が減圧状態となる。このように空間８が減圧状態になると、シール材５には、大気と空間８との圧力差によって径方向内向き（ｙｚ面に平行かつ内筒３に引き寄せられる方向）の応力Ｆ１が働く。弾性体５１〜５４は弾性率が低い材料（変形しやすい材料）で構成されているため、応力Ｆ１を受けると径方向内向きに変形しようとする。その一方、補強部材９１〜９３は剛性が高い材料で構成されているため、応力Ｆ１を受けても変形しにくい。したがって、弾性体５１〜５４と補強部材９１〜９３、フランジ２１、およびフランジ３１との間には径方向外向きの摩擦力Ｆ２が働く。

応力Ｆ１および摩擦力Ｆ２を受けると、弾性体５１〜５４は、図４に示すように、径方向内向きにひずむ。ところで、応力Ｆ１はシール材５の外気に接する面にかかる応力であるから、例えば弾性体５１にかかる応力Ｆ１の合計は、弾性体５１の外気に接する面の面積に比例する。そのため、応力Ｆ１を受けた際の弾性体５１〜５４のひずみは、弾性体５１〜５４の長手方向の長さが短いほど小さくなる。

本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１では、各々の弾性体５１〜５４の間に補強部材９１〜９３を設けている。よって、図６に示した弾性シール材１０５と比べて、各々の弾性体５１〜５４の長手方向における長さ（つまり、弾性体１つ当たりの長さ）を短くすることができる。したがって、各々の弾性体５１〜５４の径方向内向きへの変形量を小さくすることができる。換言すると、各々の弾性体５１〜５４の間に補強部材９１〜９３を設けることで、シール材５全体としての剛性を高めることができる。

このように、各々の弾性体５１〜５４の径方向内向きへの変形量を小さくすることができるので、外筒２と内筒３とで形成される空間８が減圧状態になった際に、シール材５が変形することを抑制することができる。したがって、外筒２と内筒３とで形成される空間８のシール性を確保することができる。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１では、複数の環状の弾性体５１〜５４と、当該複数の環状の弾性体５１〜５４に挟持された環状かつ板状の補強部材９１〜９３と、を用いてシール材５を構成している。このように、複数の環状の弾性体５１〜５４を用いてシール材５を構成することで、シール材５を厚くすることができ、外筒２と内筒３との間の断熱性を確保することができる。

また、複数の弾性体５１〜５４の間に補強部材９１〜９３を設けているので、シール材５の剛性を高めることができる。よって、外筒２と内筒３とで形成される空間８が減圧状態になった際に、シール材５が変形することを抑制することができる。したがって、外筒２と内筒３とで形成される空間８のシール性を確保することができる。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、内筒と外筒との間の断熱性、及び内筒と外筒とで形成される空間のシール性を確保することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記では内筒の熱を外部に漏らしにくい加熱炉用断熱壁体に本発明を適用した場合について説明した。しかし本発明は内筒の温度を保つ断熱容器であればどのような技術にも適用することができる。例えば本発明は、収容空間４が冷却される断熱壁体等に適用することができる。

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１、１００加熱炉用断熱壁体
２、１０２外筒
２１、１２１フランジ
２ｂ、１０２ｂ開口面
２ｃ内径
３、１０３内筒
３１、１３１フランジ
３ｂ、１０３ｂ開口面
３ｃ外径
４収容空間
５シール材
１０５弾性シール材
５１、５２、５３、５４弾性体
９１，９２，９３補強部材
６、１０６ポート
７、１０７真空ポンプ
８、１０８空間

Claims

第１開口面に沿って内側に延びる環状の第１フランジを有する筒状かつ有底の外筒と、
前記外筒の内側に配置され、第２開口面に沿って外側に延びる環状の第２フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、
前記外筒の外側において前記第１フランジと前記第２フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状のシール材と、を備え、
前記シール材は、複数の環状の弾性体と、当該複数の環状の弾性体に挟持された環状かつ板状の補強部材と、を備える、加熱炉用断熱壁体。