JP6881065B2 - 断熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温側と低温側との間における熱の移動を抑制する断熱装置に関する。

従来、減圧された断熱室を有し高温側と低温側との間における熱の移動を抑制する断熱装置が知られている。例えば、特許文献１には、熱源側に設けられる高温側パネル、及び、高温側パネルとの間に複数の断熱室を形成可能な低温側パネルを備える断熱装置が記載されている。

特開２０１４−９５４２６号公報

特許文献１に記載の断熱装置では、高温側パネルと低温側パネルとを一定の間隔で接続することによって複数の独立した断熱室を形成している。しかしながら、当該接続箇所における熱の伝達によって高温側パネルから低温側パネルに向かって熱が移動するため、断熱室の数を増やすと熱源からの熱の移動量の度合いを示す断熱性能が低下する。また、断熱室の数を少なくすると、高温側パネルと低温側パネルとの温度差による熱膨張差に起因する変形によって断熱室の気密を維持できなくなるおそれがある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、断熱性能を向上しつつ熱による破損を防止可能な断熱装置を提供することにある。

本発明は、高温側と低温側との間における熱の移動を抑制する断熱装置であって、高温側部材（１０）、低温側部材（２０）、シール部材（３０）、及び、押さえ部材（４０）を備える。
高温側部材は、平板状に形成され、高温側に設けられる。
低温側部材は、高温側部材とは別体に平板状に形成され、高温側部材と対向した状態で低温側に設けられる。
シール部材は、高温側部材と低温側部材との間に設けられ、高温側部材と低温側部材との相対移動に対応して変形可能である。シール部材は、高温側部材と低温側部材との間に形成され減圧可能な断熱室（１００）の気密を維持可能である。
押さえ部は、複数のばね（４３）を有し、高温側部材または低温側部材の一方を低温側部材または高温側部材の他方に向かって押圧する。
高温側部材及び低温側部材の平板面に直交する方向を上下方向とすると、押さえ部の複数のばねは、シール部材の直上に設けられている。

本発明の断熱装置では、高温側部材と低温側部材とは離間した状態で設けられているため、高温側部材と低温側部材との間における熱の伝達による熱の移動を０にすることができる。これにより、本発明の断熱装置は、高温側部材と低温側部材との間における伝熱量を低減することができるため、断熱性能を向上することができる。
また、本発明の断熱装置では、高温側部材と低温側部材との温度差に起因する熱膨張差によって高温側部材と低温側部材とは相対移動する。断熱室の気密を維持可能なシール部材は、高温側部材と低温側部材との相対移動があっても当該相対移動に追従して変形し、断熱室の気密を維持することができる。これにより、高温側部材と低温側部材とを直接接続する場合に比べ、熱膨張差に起因する変形による破損を防止することができる。
このように、本発明の断熱装置は、高温側部材と低温側部材とを離間した状態で設けることによって高温側部材と低温側部材との間における伝熱量を低減するとともに、変形可能なシール部材によって熱膨張差による破損を防止することができる。したがって、本発明の断熱装置は、断熱性能を向上しつつ熱による破損を防止することができる。

第一実施形態による断熱装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第二実施形態による断熱装置の断面図である。 第三実施形態による断熱装置の断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一実施形態）
第一実施形態による断熱装置を図１，２に基づいて説明する。第一実施形態による断熱装置１は、例えば、モータの巻線を封止する樹脂を焼き固めるための焼成や部材の乾燥などを行う加熱炉７に用いられる。断熱装置１は、「高温側部材」としての高温側パネル１０、「低温側部材」としての低温側パネル２０、シール部材３０、複数の「中間部材」としての球体３５、「規制部」としての位置決め部材３７、及び、押さえ部４０を備える。断熱装置１は、加熱炉７の外壁８に設けられる。なお、図１，２において、加熱炉７の外壁８に略垂直な方向を「軸方向」といい、軸方向に対して垂直な方向を「径方向」という。また、図１，２は、断熱装置１の構成を分かりやすくするため、シール部材３０、球体３５、位置決め部材３７及び押さえ部４０が比較的大きくなるよう記載してある。

高温側パネル１０は、加熱炉７の外壁８を覆うよう設けられる。高温側パネル１０は、耐熱性が高い金属から平板状に形成されている部材である。第一実施形態では、高温側パネル１０は、略正方形状に形成され、一方の平面１０１が外壁面８１に当接するよう設けられる。

低温側パネル２０は、高温側パネル１０からみて外壁８とは反対側である低温側に高温側パネル１０と離間した状態で設けられている。低温側パネル２０は、高温側パネル１０とは別体に形成されている。低温側パネル２０は、平面部２１、外周突部２２、内周突部２３、及び、通路形成部２４を有する。

平面部２１は、高温側パネル１０に対向するよう設けられる平板状の部位である。第一実施形態では、平面部２１は、高温側パネル１０と略同じ大きさの略正方形状に形成されている。平面部２１は、「低温側対向面」としての一方の平面２１１が高温側パネル１０の「高温側対向面」としての他方の平面１０２に対向するよう設けられる。平面部２１は、平面部２１の一方の平面２１１側と、平面部２１の他方の平面２１２側とを連通する連通孔２１０を有する。連通孔２１０は、後述する断熱室１００と連通している。

外周突部２２は、平面部２１の一方の平面２１１の外周縁部に設けられている。外周突部２２は、一方の平面２１１から高温側パネル１０に向かって突出するよう形成されている。第一実施形態では、外周突部２２は、図２に示すように、略正方形の環状となるよう形成されている。外周突部２２の高温側パネル１０側の端面２２１と、高温側パネル１０の他方の平面１０２との間には隙間２００が形成されている。隙間２００は、後述するシール部材３０の径外方向において全周形成されている。

内周突部２３は、平面部２１において、外周突部２２の径内方向に外周突部２２から一定の距離離れた位置に設けられている。内周突部２３は、一方の平面２１１から高温側パネル１０に向かって突出するよう形成されている。第一実施形態では、内周突部２３は、図２に示すように、略正方形の環状となるよう形成されている。内周突部２３の一方の平面２１１からの高さは、外周突部２２の一方の平面２１１からの高さに比べ低い。すなわち、内周突部２３の高温側パネル１０側の端面２３１と、高温側パネル１０の他方の平面１０２との間には隙間２００に比べ大きい隙間が形成されている。内周突部２３は、断熱室１００を減圧するとき、シール部材３０がずれないよう所定の位置に保持する。

通路形成部２４は、平面部２１の他方の平面２１２に設けられる筒状の部位である。通路形成部２４は、他方の平面２１２から外壁８とは反対の方向に伸びるよう形成されている。通路形成部２４が有する通路２４０は、連通孔２１０と連通している。

シール部材３０は、高温側パネル１０と低温側パネル２０との間に設けられる。第一実施形態では、図２に示すように、シール部材３０は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０の外周に沿って設けることが可能なよう正方形の環状に形成されている。シール部材３０は、高温側当接部３１及び低温側当接部３２を有する。

高温側当接部３１は、高温側パネル１０の他方の平面１０２に当接している。高温側当接部３１は、他方の平面１０２に当接する二つの当接面３１１を有している。二つの当接面３１１には、他方の平面１０２上を滑ることが可能なよう表面処理、または、処理剤の塗布が施される。また、二つの当接面３１１の間には、溝３１０が形成されている。溝３１０は、シール部材３０に対して高温側パネル１０が移動するとき変形可能である。これにより、二つの当接面３１１と他方の平面１０２との当接状態が維持される。

低温側当接部３２は、低温側パネル２０の一方の平面２１１に当接している。低温側当接部３２は、外周突部２２と内周突部２３との間に収容されている。これにより、低温側当接部３２の低温側パネル２０の一方の平面２１１上における移動は規制される。

シール部材３０は、高温側パネル１０と低温側パネル２０との相対移動に対応して変形可能な材料、例えば、シリコーンゴムから形成されている。シール部材３０は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０とともに、減圧可能な断熱室１００を形成する。このとき、シール部材３０は、高温側パネル１０の他方の平面１０２との間、及び、低温側パネル２０の一方の平面２１１との間における気密を維持可能である。

球体３５は、断熱室１００に複数設けられる。球体３５は、断熱室１００が減圧されるとき高温側パネル１０と低温側パネル２０とに作用する大気圧に耐えることが可能な強度を有し、かつ、熱伝導率が比較的小さい、例えば、ジルコニアから形成されている。第一実施形態では、球体３５は、図２に示すように、断熱室１００に九個設けられる。球体３５は、高温側パネル１０の他方の平面１０２と、低温側パネル２０の一方の平面２１１とに比較的狭い面積で当接可能に形成されている。球体３５は、高温側パネル１０と低温側パネル２０とが離間した状態を維持する。

位置決め部材３７は、断熱室１００のほぼ全域にわたって敷き詰められるよう設けられる。位置決め部材３７は、図２に示すように、複数の薄板状部材から網目状に形成されている。位置決め部材３７の軸方向の長さは、断熱室１００の減圧や熱によって高温側パネル１０または低温側パネル２０が変形しても、高温側パネル１０と低温側パネル２０との両方に接触しない長さとなっている。位置決め部材３７の高温側パネル１０側には、図１に示すように、切り欠き３７１が形成されている。これにより、位置決め部材３７と高温側パネル１０との間の接触面積を小さくする。

位置決め部材３７が有する複数の網目３７０のいくつかには、それぞれ一つの球体３５が収容されている。これにより、位置決め部材３７は、断熱室１００における球体３５の移動を規制する。位置決め部材３７の網目３７０は、大きさが球体３５の大きさに比べ大きくなるよう形成されている。これにより、高温側パネル１０と低温側パネル２０とが相対移動しても、網目３７０に収容されている球体３５は、回転することによって高温側パネル１０と低温側パネル２０とが離間した状態を維持することが可能である。

押さえ部４０は、低温側パネル２０の高温側パネル１０とは反対側、及び、高温側パネル１０及び低温側パネル２０の径外方向に設けられる。押さえ部４０は、断熱部材４１、複数の当接部材４２、複数のばね４３、及び、支持部材４４を有する。

断熱部材４１は、例えば、ロックウールから形成されている。断熱部材４１は、第一断熱部４１１及び第二断熱部４１２を有する。
第一断熱部４１１は、低温側パネル２０の他方の平面２１２上に設けられている。第一断熱部４１１には、当接部材４２及びばね４３が収容されている。第一断熱部４１１は、別体となっており交換可能な高温側パネル１０及び低温側パネル２０によって断熱室１００が形成されるようばね４３とともに低温側パネル２０を押さえている。また、第一断熱部４１１は、断熱室１００を減圧するとき、低温側パネル２０を所定の位置に維持することによってシール部材３０による断熱室１００の気密を確保する。

第二断熱部４１２は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０の径外方向であって外壁８の外壁面８１上に設けられている。具体的には、第二断熱部４１２は、図２に示すように、高温側パネル１０の径方向外側、及び、低温側パネル２０の外周突部２２の径方向外側を覆うよう形成されている。

当接部材４２は、低温側パネル２０の他方の平面２１２上に設けられている。具体的には、当接部材４２は、シール部材３０が設けられている低温側パネル２０の部位に当接するよう設けられている

複数のばね４３のそれぞれは、一端を複数の当接部材４２の一つに支持されている。他端は、支持部材４４に支持されている。ばね４３は、当接部材４２を介して低温側パネル２０を外壁８の方向に付勢する付勢力を有する。ばね４３は、断熱室１００を減圧するとき、シール部材３０による断熱室１００の気密を確保する。

支持部材４４は、断熱部材４１の低温側パネル２０とは反対側において断熱部材４１を覆うよう設けられている。支持部材４４は、図示しない固定部材に取り外し可能なよう固定されている。支持部材４４は、ばね４３の付勢力が低温側パネル２０を高温側パネル１０の方向に付勢する力となるようばね４３を支持する。

（ａ）第一実施形態による断熱装置１では、高温側パネル１０と低温側パネル２０とは離間した状態で設けられているため、高温側パネル１０から低温側パネル２０への熱の伝達による熱の移動を０にすることができる。これにより、断熱装置１は、高温側パネル１０から低温側パネル２０への伝熱量を低減することができるため、断熱性能を向上することができる。
また、断熱装置１では、高温側パネル１０と低温側パネル２０との温度差に起因する熱膨張差によって高温側パネル１０と低温側パネル２０とは相対移動する。シール部材３０は、高温側パネル１０と低温側パネル２０との相対移動があっても当該相対移動に追従して変形し、断熱室１００の気密を維持することができる。これにより、高温側パネル１０と低温側パネル２０とを直接接続する場合に比べ、熱膨張差に起因する変形による破損を防止することができる。
このように、第一実施形態による断熱装置１は、高温側パネル１０と低温側パネル２０とを離間した状態で設けることによって高温側パネル１０から低温側パネル２０への伝熱量を低減するとともに、変形可能なシール部材３０によって熱膨張差による破損を防止することができる。したがって、第一実施形態による断熱装置１は、断熱性能を向上しつつ熱による破損を防止することができる。

（ｂ）断熱装置１では、シール部材３０は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０の外周に沿って設けられる。これにより、減圧される断熱室１００の面積を大きくすることができるため、断熱装置１の断熱性能をさらに向上することができる。

（ｃ）シール部材３０が有する二つの当接面３１１には、他方の平面１０２を滑ることが可能なよう表面処理、または、処理剤の塗布が施される。これにより、高温側パネル１０と低温側パネル２０とが相対移動するとき、シール部材３０は高温側パネル１０に対して滑らかに滑りつつ断熱室１００の気密を維持することができる。
また、二つの当接面３１１の間には、溝３１０が形成されている。これにより、高温側パネル１０と低温側パネル２０とが相対移動するとき溝３１０が変形することによって、当接面３１１と他方の平面１０２との当接状態を維持し、シール部材３０と高温側パネル１０との間における気密を確実に維持することができる。また、溝３１０を有することによって、シール部材３０の高温側パネル１０との接触面積を低減するとともに、シール部材３０と高温側パネル１０及び低温側パネル２０との間における気密を確保するためのシール部材３０を変形させる力を低減することができる。また、２重に接触することによってシール部材３０と高温側パネル１０との気密の信頼性を向上することができる。

（ｄ）断熱装置１では、球体３５によって高温側パネル１０と低温側パネル２０とが離間した状態を維持している。高温側パネル１０及び低温側パネル２０と球体３５との接触面積は比較的小さいため、球体３５を介した伝熱量を低減することができる。したがって、断熱装置１の断熱性能をさらに向上することができる。

（ｅ）断熱装置１は、低温側パネル２０を高温側パネル１０の方向に押さえつけることが可能な押さえ部４０を備える。これにより、高温側パネル１０及び低温側パネル２０とシール部材３０との密着度が高まるため、最初に断熱室１００を減圧するとき、安定して断熱室１００の気密を確実に維持することができる。

（ｆ）また、押さえ部４０は、高温側パネル１０の径方向外側、及び、低温側パネル２０の外周突部２２の径方向外側を覆う第二断熱部４１２を有する。これにより、高温側パネル１０及び低温側パネル２０の径方向に放出される熱の放出量を低減することができる。したがって、断熱装置１の断熱性能をさらに向上することができる。

（ｇ）断熱装置１は、断熱室１００と断熱装置１の外部とを連通可能な通路形成部２４を有する。これにより、断熱装置１を加熱炉７の外壁８に取り付けたあと加熱炉７を運転して高温となる前に、ポンプなどで減圧することによって断熱装置１の断熱性能を確認することができる。また、断熱装置１の使用中に複数の断熱室１００の一つの圧力が上昇し断熱性能が維持できなくなる場合、当該断熱室１００をポンプなどで減圧することによって断熱装置１の断熱性能を回復することができる。したがって、断熱装置１は、断熱性能を向上するためのメンテナンスを容易に行うことができる。

（ｈ）断熱装置１では、高温側パネル１０と低温側パネル２０とが別体に形成され、離間した状態で設けられている。これにより、熱膨張差に起因する変形や昇降温の繰り返しなどによる劣化によって断熱室１００の気密を維持できなくなる場合、高温側パネル１０または低温側パネル２０の問題がある部分のみを容易に交換することができる。

（第二実施形態）
第二実施形態による断熱装置を図３に基づき説明する。第二実施形態では、中間部材の形状が異なる点が第一実施形態と異なる。

第二実施形態による断熱装置２は、高温側パネル１０、低温側パネル２０、シール部材３０、複数の球体３５、「中間部材」としての網目状部材５７、及び、押さえ部４０を備える。なお、図３は、断熱装置２の構成を分かりやすくするため、シール部材３０、球体３５、網目状部材５７及び押さえ部４０が比較的大きくなるよう記載してある。

網目状部材５７は、断熱室１００のほぼ全域にわたって敷き詰められるよう設けられる。網目状部材５７は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０に対して相対移動可能に設けられている。網目状部材５７は、複数の板状部材５７１を組み合わせて形成される網目状をなしている。板状部材５７１は、高温側パネル１０及び低温側パネル２０との接触面積が小さくなるよう薄板状の部材であって、熱伝導率が比較的小さい材料から形成されている。

第二実施形態による断熱装置２では、高温側パネル１０と低温側パネル２０とは、網目状部材５７によって一定の距離を保ちつつ離間した状態で設けられている。これにより、第二実施形態による断熱装置２は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｈ）を奏する。

（第三実施形態）
第三実施形態による断熱装置を図４に基づき説明する。第三実施形態では、断熱装置が設けられる外壁の形状が第一実施形態と異なる。

第三実施形態による断熱装置３は、高温側パネル１０、低温側パネル２０、シール部材３０、複数の球体３５、位置決め部材３７、及び、押さえ部４０を備える。断熱装置３は、図４に示すように、外壁８に形成されている開口８０を塞ぐよう設けられる。開口８０は、例えば、加熱炉７のメンテナンスなどに利用される。なお、図４は、断熱装置３の構成を分かりやすくするため、シール部材３０、球体３５、位置決め部材３７及び押さえ部４０が比較的大きくなるよう記載してある。

第三実施形態による断熱装置３は、外壁８に形成されている開口８０を塞ぐよう設けられている。これにより、第三実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏するとともに、熱源の外壁を兼ねることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、断熱装置は、比較的高温となる加熱炉で発生する熱が高温側パネルから低温側パネルに移動することを防止するとした。しかしながら、断熱装置を適用する分野はこれに限定されない。比較的低温となる冷熱発生源で発生する冷熱が低温側パネルから高温側パネルに移動することを防止するよう用いられてもよい。

上述の実施形態では、シール部材の高温側当接部の当接面は、高温側パネルの他方の平面を滑ることが可能なよう表面処理または処理剤の塗布が施されているとした。しかしながら、表面処理または処理剤の塗布が施される箇所はこれに限定されない。シール部材の低温側当接部が低温側パネルに対して移動可能なよう表面処理または処理剤の塗布が施されていてもよい。

第一実施形態では、断熱装置は、高温側パネルと低温側パネルとが離間した状態を維持するための複数の球体を備えるとした。また、第二実施形態では、断熱装置は、高温側パネルと低温側パネルとが離間した状態を維持するための網目状部材を備えるとした。しかしながら、高温側パネルと低温側パネルとが離間した状態を維持するための「中間部材」はこれに限定されない。

上述の実施形態では、低温側パネルは、断熱室と断熱装置の外部とを連通可能な通路形成部を有するとした。通路形成部はなくてもよい。

第一実施形態では、位置決め部材は、高温側パネル側に切り欠きを有するとした。切り欠きは、低温側パネル側にあってもよい。この場合、高温側パネルから位置決め部材に伝わった熱の低温側パネルへの伝熱を抑制することができる。また、この切り欠きは、第二実施形態の網目状部材に適用されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１，２，３・・・断熱装置
１０・・・高温側パネル（高温側部材）
２０・・・低温側パネル（低温側部材）
３０・・・シール部材
１００・・・断熱室

Claims (8)

1. 高温側と低温側との間における熱の移動を抑制する断熱装置であって、
   平板状に形成され、高温側に設けられる高温側部材（１０）と、
   前記高温側部材とは別体に平板状に形成され、前記高温側部材と対向した状態で低温側に設けられる低温側部材（２０）と、
   前記高温側部材と前記低温側部材との間に設けられ、前記高温側部材と前記低温側部材との相対移動に対応して変形可能であって、前記高温側部材と前記低温側部材との間に形成され減圧可能な断熱室（１００）の気密を維持可能なシール部材（３０）と、
   複数のばね（４３）を有し、前記高温側部材または前記低温側部材の一方を前記低温側部材または前記高温側部材の他方に向かって押圧する押さえ部（４０）と、
   を備え、
   前記高温側部材及び前記低温側部材の平板面に直交する方向を上下方向とすると、前記押さえ部の前記複数のばねは、前記シール部材の直上に設けられている断熱装置。
2. 前記シール部材は、前記高温側部材の前記低温側部材に対向する高温側対向面（１０２）、または、前記低温側部材の前記高温側部材に対向する低温側対向面（２１１）に沿って移動可能なよう形成されている請求項１に記載の断熱装置。
3. 前記シール部材は、前記高温側部材または前記低温側部材の少なくとも一方の外周に沿って設けられている請求項１または２に記載の断熱装置。
4. 前記断熱室に収容され、前記高温側部材と前記低温側部材とが離間した状態を維持可能な中間部材（３５，５７）をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱装置。
5. 前記中間部材は、前記高温側部材と前記低温側部材との相対移動に対応して移動可能に形成されている請求項４に記載の断熱装置。
6. 前記中間部材は、球状に形成されている請求項４に記載の断熱装置。
7. 球状に形成されている前記中間部材の移動を規制する規制部（３７）をさらに備える請求項６に記載の断熱装置。
8. 前記押さえ部は、前記高温側部材及び前記低温側部材の径外方向に設けられ、前記高温側部材及び前記低温側部材の径方向外側を覆うように形成される断熱部材（４１）を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の断熱装置。

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