JP6481674B2 - 真空断熱容器 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱容器に関する。

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、内筒と外筒との間に真空空間が形成された真空断熱容器が知られている。特許文献１には、上記真空断熱容器において、金属製の内筒と金属製の外筒が開口部において一体的につながっている真空断熱容器が記載されている。

特開２０１１−２１９１２５号公報

特許文献１に記載の真空断熱容器のように、内筒と外筒が開口部において一体的につながっていると、内筒の熱が外筒に熱伝導してしまうので真空断熱容器の断熱性が十分にはならないという問題があった。また、内筒を加熱して高温にする場合など、内筒と外筒との温度差が大きくなる場合、内筒の熱膨張による寸法変化と外筒の熱膨張による寸法変化との差によって、開口部における内筒と外筒がつながっている部分（結合部分）が破壊され、真空断熱容器が破損するおそれがあった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、内筒が熱膨張したときに外筒と内筒との結合部分が破損するのを抑えるとともに、断熱性を十分に高めることができる真空断熱容器を提供することを目的とする。

本発明は、底を有する外筒と、前記外筒の内側に配置され、底を有する内筒と、を備え、前記外筒と前記内筒との間に真空空間が形成された真空断熱容器であって、前記内筒の開口面が前記外筒の開口面よりも外側になるように、前記外筒に対して前記内筒が配置され、前記外筒には、前記外筒の開口面に沿って内側に延び、先端部分が前記内筒の外周面から離間した第１環状壁が形成され、前記内筒には、前記内筒の開口面に沿って外側に延び、前記第１環状壁と対向する第２環状壁が形成され、前記外筒および前記内筒よりも熱伝導率が低い弾性体で形成され、前記第１環状壁と前記第２環状壁との間に挟圧されて前記真空空間を封止する環状の封止部材をさらに備えるものである。

外筒と内筒とは封止部材を介して結合されている。封止部材は、外筒および内筒よりも熱伝導率が低い材質で形成されている。外筒の内周面および内筒の内周面は真空空間と接している。このため、内筒が熱を受けた場合にも、内筒の熱が外筒に伝わるのを抑制することができる。これにより、真空断熱容器の断熱性を十分に高めることができる。また、内筒が熱膨張して、内筒の外周面が径方向の外側に移動すると、これに伴い、第２環状壁も径方向の外側に移動する。一方、外筒はほとんど熱膨張しないので、第１環状壁は径方向にほとんど移動しない。このため、第１環状壁と第２環状壁との間に挟圧された封止部材には、せん断応力が及ぼされる。しかしながら、封止部材は、弾性体で形成されているため、内筒の熱膨張により径方向にせん断応力を受けても弾性変形するので破損しない。これにより、内筒が熱膨張したときに外筒と内筒との結合部分が破損するのを抑える。

さらに、前記外筒は、前記外筒の開口面が鉛直方向に沿うように配置されており、前記真空空間の鉛直下方側には、前記内筒の外周面が前記外筒の内周面の方に移動するのを規制する規制部材が配置され、前記規制部材は、前記外筒および前記内筒よりも熱伝導率が低い材質で形成されているものである。

外筒の開口面が鉛直方向に沿うように外筒が配置される場合、内筒が重力により鉛直下方に移動し、内筒の外周面が外筒の内周面の方に移動して、外筒の第１環状壁における先端部分が内筒の外周面に接触するおそれがある。外筒の開口面が鉛直方向に沿うように外筒が配置された真空断熱容器において、真空空間の鉛直下方側に内筒の外周面が外筒の内周面の方に移動するのを規制する規制部材を配置したことで、内筒の外周面が外筒の第１環状壁における先端部分に接触して、真空断熱容器の断熱性能が損なわれるのを防止することができる。

さらに、前記規制部材は、前記内筒と対向する表面において、他の部分よりも摩擦力が低い低摩擦部分を有しているものである。

内筒が熱を受けた場合に、内筒は熱膨張するが、内筒と断熱されている外筒には内筒の熱はほとんど伝わらないため、外筒はほとんど熱膨張しない。すなわち、内筒が熱を受けた場合に、内筒は真空断熱容器の長手方向に延びるが、外筒は真空断熱容器の長手方向に延びない。このため、内筒が熱を受けて熱膨張する際に、規制部材における内筒の内周面と対向する表面と、内筒の内周面と、の間で摩擦が生じる。規制部材が内筒の内周面と対向する表面において低摩擦部分を有していると、内筒が熱を受けた場合に規制部材における内筒の内周面と対向する表面と、内筒の内周面と、の間において生じる摩擦を低減することができる。

本発明によれば、内筒が熱膨張したときに外筒と内筒との結合部分が破損するのを抑えるとともに、断熱性を十分に高めることができる。

実施の形態１にかかる真空断熱容器の構成について説明する模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 実施の形態１にかかる真空断熱容器において、内筒が収容空間から熱を受けた状態について説明する模式図である。 実施の形態１にかかる真空断熱容器において、内筒が収容空間から熱を奪われた状態について説明する模式図である。 実施の形態２にかかる真空断熱容器の概略構成を示す模式図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
まず、図１および図２を参照して本実施の形態にかかる真空断熱容器１の構成について説明する。
図１は、真空断熱容器１の構成について説明する模式図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２に示すように、真空断熱容器１は、底を有する外筒２と、外筒２の内側に配置され、底を有する内筒３と、を備えている。内筒３の開口面３ｄが外筒２の開口面２ｄよりも外側になるように、外筒２に対して内筒３が配置されている。

外筒２および内筒３の材質は、例えば、ステンレス鋼や鉄鋼である。外筒２には、外筒２の開口面２ｄに沿って内側に延び、先端部分２ｃが内筒３の外周面３ｂから離間した第１環状壁２ｅが形成されている。内筒３には、内筒３の開口面３ｄに沿って外側に延び、第１環状壁２ｅと対向する第２環状壁３ｅが形成されている。

封止部材５は、環状で、外筒２および内筒３よりも熱伝導率が低い弾性体で形成されている。封止部材５は、例えば、シリコン樹脂やテフロン（登録商標）樹脂で形成されている。封止部材５は、第１環状壁２ｅと第２環状壁３ｅとの間に挟圧され、外筒２と内筒３との間の空間を封止する。この状態で、外筒２と内筒３の間の密閉された空間を、真空ポンプ７により外筒２の側面に設けられたポート６を介して排気することにより、外筒２と内筒３との間には真空空間８が形成される。

外筒２の外側は外気であり、内筒３の内側の収容空間１１３は加熱される空間である。すなわち、外筒２の外周面２ｂは外気と接し、内筒３の内周面３ａは加熱される空間である収容空間１１３と接している。外筒２と内筒３とは、外筒２および内筒３よりも熱伝導率が低い材質で形成された封止部材５のみを介して接している。さらに、外筒２の内周面２ａおよび内筒３の内周面３ａは真空空間８と接している。このため、内筒３が収容空間１１３から熱を受けた場合にも、内筒３の熱が外筒２に伝わるのを抑制することができる。真空断熱容器１を上述の構成とすることで、真空断熱容器１の断熱性を十分に高めることができる。

図３は、内筒３が収容空間１１３から熱を受けた状態について説明する模式図である。ここで、図中の破線は、熱を受ける前の状態の内筒３を示している。図３に示すように、内筒３は熱膨張して、内筒３の外周面３ｂが径方向の外側に移動する。これに伴い、第２環状壁３ｅも径方向の外側に移動する。一方、外筒２はほとんど熱膨張しないので、第１環状壁２ｅは径方向にほとんど移動しない。このため、第１環状壁２ｅと第２環状壁３ｅとの間に挟圧された封止部材５には、径方向にせん断応力Ｆ１が及ぼされる。しかしながら、封止部材５は、弾性体で形成されており、内筒３の熱膨張により径方向にせん断応力を受けても弾性変形するので破損しない。これにより、内筒３が熱膨張したときに外筒２と内筒３との結合部分が破損するのを抑えることができる。

上記実施の形態では、真空断熱容器における内筒の内側の収容空間を加熱される空間としたが、収容空間が冷却される空間であっても、同様に、真空断熱容器１の熱収縮による破損を抑えることができる。図４は、内筒３が冷却される空間である収容空間１１３により熱を奪われた状態について説明する模式図である。図中の破線は、熱を奪われる前の状態の内筒３を示している。図４に示すように、内筒３は熱収縮して、内筒３の外周面３ｂが径方向の内側に移動する。これに伴い、第２環状壁３ｅも径方向の内側に移動する。一方、外筒２はほとんど熱収縮しないので、第１環状壁２ｅは径方向にほとんど移動しない。このため、第１環状壁２ｅと第２環状壁３ｅとの間に挟圧された封止部材５には、せん断応力Ｆ２が及ぼされる。しかしながら、封止部材５は、弾性体で形成されているため、内筒３の熱収縮により径方向にせん断応力を受けても弾性変形するので破損しない。これにより、内筒３が熱収縮したときに外筒２と内筒３との結合部分が破損するのを抑えることができる。

封止部材５は密着して固定されるので、封止部材５を接着剤等によって固定する必要がない。すなわち、真空断熱容器１の製造において、外筒２および内筒３に封止部材５を接着する工程が不要になるので、真空断熱容器１の製造が容易になる。また、封止部材５の交換を容易に行うことができるので、真空断熱容器１のメンテナンス性も向上する。

上記実施の形態では、外筒２の開口面２ｄが鉛直方向に沿うように外筒２を配置、すなわち、真空断熱容器１を横置きしているが、これに限るものではなく、外筒２の開口面２ｄが水平方向に沿うように外筒２を配置、すなわち、真空断熱容器１を縦置きしてもよい。

実施の形態２
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
まず、図５および図６を参照して本実施の形態にかかる真空断熱容器１０１の概略構成について説明する。

図５は、真空断熱容器１０１の概略構成を示す模式図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図５および図６に示すように、真空断熱容器１０１の構成は、基本的には、実施の形態１において、図１を用いて説明した真空断熱容器１と同じである。実施の形態１にかかる真空断熱容器１との違いは、外筒２の開口面２ｄが鉛直方向に沿うように外筒２が配置され、真空空間８の鉛直下方側には、内筒３の外周面３ｂが外筒２の内周面２ａの方に移動するのを規制する規制部材１０ａ，１０ｂが配置されている点である。規制部材１０ａ，１０ｂは、外筒２および内筒３よりも熱伝導率が低い材質で形成されている。

規制部材１０ａ，１０ｂは、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面（図６参照）が円弧形状で、真空断熱容器１０１の長手方向（図５において矢印Ｘで示す方向）に所定の幅を有する。規制部材１０ａ，１０ｂは、それぞれ、内筒３の外周面３ｂおよび外筒２の内周面２ａと接触しており、内筒３の荷重を支えるとともに、内筒３の外周面３ｂが外筒２の内周面２ａの方に移動するのを規制する。これにより、内筒３の外周面３ｂと外筒２の内周面２ａとの間隔が維持される。

外筒２の開口面２ｄが鉛直方向に沿うように外筒２が配置される場合、すなわち、真空断熱容器１を横置きする場合に、内筒３が重力により鉛直下方に移動し、内筒３の外周面３ｂが外筒２の内周面２ａの方に移動して、外筒２における第１環状壁２ｅの先端部分２ｃが内筒３の外周面３ｂに接触するおそれがある。このような場合にも、内筒３の外周面３ｂが外筒２の内周面２ａの方に移動するのを規制する規制部材１０ａ，１０ｂを真空空間８の鉛直下方側に配置することで、外筒２における第１環状壁２ｅの先端部分２ｃが内筒３の外周面３ｂに接触するのを防止することができる。

規制部材１０ａ，１０ｂは、内筒３の荷重を支える役割を担うため、規制部材１０ａ，１０ｂの材質として、内筒３の荷重に耐えうる強度を備えたものを選択するのが好ましい。規制部材１０ａ，１０ｂの材質として、例えば、ガラス繊維で強化されたケイ酸カルシウムを用いることができる。

規制部材１０ａ，１０ｂは、内筒３の内周面３ａと対向する表面において、他の部分よりも摩擦力が低い低摩擦部分を有しているのが好ましい。例えば、規制部材１０ａ，１０ｂにおける内筒３の内周面３ａと対向する表面にイグス社製トライオテープ等の低摩擦係数の部材を配置することができる。

内筒３が熱を受けた場合に、内筒３は熱膨張するが、内筒３と断熱されている外筒２には内筒３の熱はほとんど伝わらないため、外筒２はほとんど熱膨張しない。すなわち、内筒３が熱を受けた場合に、内筒３は真空断熱容器１０１の長手方向に延びるが、外筒２は真空断熱容器１０１の長手方向にほとんど延びない。このため、内筒３が熱を受けて熱膨張する際に、規制部材１０ａ，１０ｂにおける内筒３の内周面３ａと対向する表面と、内筒３の内周面３ａと、の間で摩擦が生じる。規制部材１０ａ，１０ｂが内筒３の内周面３ａと対向する表面において低摩擦部分を有していると、内筒３が熱を受けた場合に規制部材１０ａ，１０ｂにおける内筒３の内周面３ａと対向する表面と、内筒３の内周面３ａと、の間において生じる摩擦を低減することができる。

さらに、規制部材１０ａ，１０ｂが内筒３の内周面３ａと対向する表面において低摩擦部分を有していることで、真空断熱容器１０１の製造過程における、外筒２の内部に内筒３を挿入する工程で、内筒３の外周面３ｂに規制部材１０ａ，１０ｂが接触したときに、内筒３の外周面３ｂが摩擦によって損傷するおそれを低減することができる。

なお、図５に示す真空断熱容器１０１では、外筒２の内周面２ａと内筒３の外周面３ｂとの間において、規制部材が真空断熱容器１０１の長手方向に２箇所配置されているが、これに限るものではない。例えば、外筒２の内周面２ａと内筒３の外周面３ｂとの間において、規制部材を真空断熱容器１０１の長手方向に２箇所以上配置してもよい。また、規制部材は、断面形状が図６に示す円弧形状に限るものではない。規制部材によって、内筒３が熱膨張したときに第１環状壁２ｅの先端部分２ｃが内筒３の外周面３ｂに接触しないように、内筒３の外周面３ｂが外筒２の内周面２ａの方に移動するのを規制することができれば、規制部材は、断面形状が円弧形状以外のものであってもよい。

以上より、真空空間８において、外筒２の内周面２ａと内筒３の外周面３ｂとの間に上述した規制部材を配置したことで、内筒３の外周面３ｂが外筒２の第１環状壁２ｅにおける先端部分２ｃに接触して、真空断熱容器１０１の断熱性能が損なわれるのを防止することができる。

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。

１，１０１ 真空断熱容器
２ 外筒
２ａ （外筒の）内周面
２ｂ （外筒の）外周面
２ｃ 先端部分
２ｄ （外筒の）開口面
２ｅ 第１環状壁
３ 内筒
３ａ （内筒の）内周面
３ｂ （内筒の）外周面
３ｄ （内筒の）開口面
３ｅ 第２環状壁
５ 封止部材
６ ポート
７ 真空ポンプ
８ 真空空間
１０ 規制部材
１１３ 収容空間

Claims (3)

1. 底を有する外筒と、前記外筒の内側に配置され、底を有する内筒と、を備え、前記外筒と前記内筒との間に真空空間が形成された真空断熱容器であって、
   前記内筒の開口面が前記外筒の開口面よりも外側になるように、前記外筒に対して前記内筒が配置され、
   前記外筒には、前記外筒の開口面に沿って内側に延び、先端部分が前記内筒の外周面から離間した第１環状壁が形成され、
   前記内筒には、前記内筒の開口面に沿って外側に延び、前記第１環状壁と対向する第２環状壁が形成され、
   前記外筒および前記内筒よりも熱伝導率が低い弾性体で形成され、前記第１環状壁と前記第２環状壁との間に挟圧されて前記真空空間を封止する環状の封止部材をさらに備える、真空断熱容器。
2. 前記外筒は、前記外筒の開口面が鉛直方向に沿うように配置されており、前記真空空間の鉛直下方側には、前記内筒の外周面が前記外筒の内周面の方に移動するのを規制する規制部材が配置され、前記規制部材は、前記外筒および前記内筒よりも熱伝導率が低い材質で形成されている、請求項１に記載の真空断熱容器。
3. 前記規制部材は、前記内筒と対向する表面において、他の部分よりも摩擦力が低い低摩擦部分を有している、請求項２に記載の真空断熱容器。

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