JP7000747B2 - 断熱パネル - Google Patents

Description

本発明は断熱パネルに関し、例えば、断熱手段として真空空間を用いた真空断熱パネルに関する。

特許文献１には、対向配置された一対の側板と、側板の各辺に沿って配置された４枚の枠板とにより形成された密閉空間を真空状態にした真空断熱パネルが記載されている。一対の側板間には、補強板が配置されている。補強板には、一方の側板の内側面に先端部で当接する突起部と、他方の側板の内側面に先端部で当接する突起部が複数個ずつ設けられている。

特開２０１２－２０７６８２号公報

例えば、鋼材からなるワークの焼き入れや浸炭処理には、ワークを収納した熱処理室を所定の温度に昇温する熱処理装置が用いられる。一般的に、熱処理室の壁面は、耐熱性のあるグラスウール、セラミックウール、ロックウール等の断熱材で構成される。熱処理装置では、熱処理室内の温度上昇に伴って断熱材の外面の温度も上昇する。このため、周囲の環境温度が上昇するだけでなく、熱処理室の温度分布が不均一になる。熱処理室の壁面に用いられる一般的な断熱材により十分な断熱性能を得ようとすると、熱処理室の壁面が厚くなり熱処理装置の大型化を招く。

そこで、熱処理装置に真空断熱パネルを用いることが検討されている。しかし、真空断熱パネルは、冷蔵庫や住居の断熱材等に普及しているが、高温環境下での使用は一般的ではない。熱処理装置に真空断熱パネルが用いられた場合、真空断熱パネルの熱処理室側の一方の側板のみが加熱されることとなる。このため、真空断熱パネルの熱処理室側の側板と外部に露出した側板との温度差により側板間に熱膨張量の差が発生し、真空断熱パネルが平らな状態を保てずに反ってしまう。このような熱変形を抑えるために特許文献１のように側板間に補強板を設けると、真空断熱パネルの構造が複雑になり、コストアップしてしまう。

本発明は、上記のような問題点を背景としてなされたものであり、熱処理装置において、簡易な構成で、一方の側板に熱が加わった場合でも反りを抑制することが可能な断熱パネルを提供することを目的とする。

実施の形態に係る断熱パネルは、ワークの熱処理を行う熱処理室を包囲する金属製の内側板と、前記内側板の外側に設けられた金属製の外側板と、前記内側板と前記外側板とで形成される空間を減圧状態とした断熱層とを備え、前記内側板の厚さは、前記外側板の厚さよりも薄い。

本発明によれば、簡易な構成で、一方の側板に熱が加わった場合でも反りを抑制することが可能な断熱パネルを提供することができる。

実施の形態に係る断熱パネルを用いた熱処理装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る断熱パネルの構成を示す図である。 図２の断熱パネルのＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 実施の形態に係る断熱パネルの他の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

実施の形態は、熱処理装置に用いられる断熱パネルに関する。実施の形態に係る断滅パネルは、一方の側板に熱が加わった場合でも反りを抑制することができる。まず、実施の形態に係る断熱パネルを用いた熱処理装置の構全体構成について説明する。図１は、熱処理装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、熱処理装置１０は、断熱パネル１、熱処理室１１、ヒーター１２を備えている。

熱処理装置１０は、一例として、鋼材からなるワークの焼き入れ等を行う。なお、熱処理装置１０は、アルミ材の溶体化処理や樹脂部品の乾燥・硬化処理等にも適用可能である。ワークＷは、熱処理室１１内に収納される。熱処理室１１内には、ヒーター１２が設けられている。ヒーター１２は、例えば、ランプヒーター等の熱源である。熱処理室１１内に収納されたワークＷは、ランプヒーターから照射された光による輻射により所定の温度に加熱される。

なお、ワークＷの焼き入れを行う場合には、ワークＷを熱処理装置１０で加熱した後に、冷却室（不図示）で冷却処理を行う。冷却室では、例えば、冷却室外に設けられた冷却器（不図示）により冷却された冷媒体を、冷却室の内外で循環させることにより、冷却室の温度を低下させることができる。

熱処理室１１の前面には、ワークＷを搬入・搬出を行う開口部が設けられている。開口部には、扉１３が開閉自在に設けられている。熱処理室１１の壁面（後面、左右側面、天井面、底面）及び扉１３はそれぞれ断熱パネル１により形成されている。断熱パネル１は、熱処理室１１を包囲する壁面を構成する。すなわち、ワークＷは断熱パネル１により包囲される。

ここで、図２、３を参照して、実施の形態に係る断熱パネル１の構成について説明する。図２は、実施の形態に係る断熱パネルの構成を示す図である。また、図５は図２の断熱パネルのＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図２、３に示すように、断熱パネル１は、内側板２、外側板３、多層膜４を有している。断熱パネル１は、内側板２、外側板３の二重構造である。

外側板３は、金属製の矩形状の板材である。内側板２は、外側板３に対向する面が開放された金属製の箱体である。内側板２、外側板３としては、例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材を用いることができる。内側板２は、外側板３と略同一の矩形状の底部２ａと、底部２ａの外縁に立設した枠状の壁部２ｂを有している。内側板２の壁部２ｂの上面と外側板３とは、例えば溶接等によって接合されている。すなわち、内側板２と外側板３とは、中空体を構成している。

内側板２の外面が熱処理室１１の壁面となる。外側板３は、内側板２の外側に配置される。外側板３の外面が外部に露出される。従って、内側板２が高温側に、外側板３が低温側に配置される。高温側は、熱処理室１１におけるワークＷの熱処理温度となる。低温側は、例えば室温である。

内側板２と外側板３との間の空間は減圧され、所望の真空状態となっている。なお、ここでいう真空状態とは必ずしも絶対的な真空状態を意味せず、内部空間の圧力が大気圧より充分に低いことを意味する。断熱パネル１は、その内部が真空状態であることにより、空気の対流による熱移動が遮断されるため、高い断熱性能を発揮することができる。

内側板２と外側板３との間には、多層膜４が設けられている。一例として、多層膜４は、アルミニウム箔とグラスファイバーが積層された積層構造を有している。アルミニウム箔は、断熱パネル１の内部を高真空度に保持することで伝熱を小さくして断熱性を向上させるため、高いガスバリア性を有している。グラスファイバーは、断熱性を有する芯材である。なお、芯材はこの例に限定されるものではない。芯材としては、真空断熱パネルに用いられる公知の芯材を必要特性に応じて適宜選択して用いることができる。具体的には、芯材には、発泡体等の多孔質体、微粉末、繊維等がある。例えば、芯材は、スチレンフォームやウレタンフォーム等の発泡樹脂、パーライト粉末、シリカ粉末、ケイソウ土、ケイ酸カルシウム、沈降シリカ粉末、ロックウール、セラミックウール等を用いることができる。また、芯材の形状としては、例えばフィルム状、中空の容器状、ハニカム状等が挙げられる。内側板２と外側板３との間の多層膜４が配置された空間が、断熱層となる。

内側板２の厚さは、外側板３の厚さよりも薄い。内側板２の厚さは、内側板２と外側板３との間の空間の減圧状態を維持することが可能な強度を最低限有している。また、外側板３の厚さは、内側板２の強度を補い、断熱パネル１全体の強度を保つことができる程度に内側板２よりも厚い。例えば、内側板２の厚さは１ｍｍ以下であり、外側板３の厚さは２ｍｍ以上とすることができる。

内側板２は、熱処理室１１の温度によりその温度が上昇する。内側板２の熱は、互いに当接した周囲の端面を介して外側板３に伝導する。しかし、内側板２と外側板３とが接触していない中空空間は真空状態であり、多層膜４が設けられているため、内側板２の熱は対流や輻射によっては外側板３に伝搬しない。従って、外側板３の温度と内側板２の温度との間に大きな差が生じ、内側板２と外側板３の熱膨張量の差が発生する。例えば、アルミ溶体化熱処理を行う場合には、内側板２の温度は５００℃に上昇するのに対し、外側板３の温度は４０℃となる。

実施の形態では、内側板２を外側板３よりも十分に薄くしている。このため、内側板２、外側板３は寸法及び温度上昇に比例して変形するが、内側板２の変形応力が小さく、断熱パネル１が反ってしまうことがない。これにより、断熱パネル１の変形に起因した断熱性の低下を抑制することができる。また、内側板２は、外側板３に比較して十分に薄いため、内側板２と外側板３の接合部からの熱伝達も抑制することが可能となる。

図４は、実施の形態に係る断熱パネルの他の構成例を示す図である。図４において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付している。図４に示すように、断熱パネル１ａは、図３に示した内側板２よりもさらに薄い内側板２ｃを有している。

図４に示す例では、外側板３と内側板２ｃとで形成される内部空間を真空状態とした場合、内側板２ｃが大気圧で押しつぶされて形状を保持できず、真空パックのように内側板２ｃが多層膜４に密着して、折れ、シワが生じてくしゃくしゃになる。内側板２ｃがこのような状態であっても、真空状態を保つことができれば、断熱パネル１として成立する。

なお、実施の形態では、多層膜４としてアルミニウム箔の積層構造が用いられている。図４に示す例では、多層膜４と内側板２ｃ、外側板３が接触するため、熱がアルミニウム箔部分を伝って移動するヒートブリッジが発生し、断熱性能が低下する。

この対策として、多層膜の枚数を増やすことにより、断熱性能の低下を抑制することができる。なお、高温側の内側板２ｃの厚さが薄くなることにより、内側板２ｃと外側板３の接合部からの伝熱はさらに小さくなるという利点がある。

このように、実施の形態によれば、内側板２を外側板３よりも薄くする簡易な構成で、内側板２が高温雰囲気下に晒されたとしても、断熱パネル１全体の変形を抑制することができ、断熱性能の低下を抑制することが可能となる。

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。実施の形態において示した各構成部材の形状や組み合せ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

上述の例では、熱処理装置１０の壁面として断熱パネル１を使用したが、これに限定されない。例えば、既存の熱処理装置の外側面に断熱パネル１を貼り付けることも可能である。この場合、断熱パネル１は、熱処理室１１の壁面の外側を包囲する。この例においても、熱処理中の断熱パネル１の厚さ方向への変形が抑制されるため、熱処理室の外側面から断熱パネル１が離間せず、断熱性の低下を抑制することが可能となる。

１ 断熱パネル
２ 内側板
２ａ 底部
２ｂ 壁部
２ｃ 内側板
３ 外側板
４ 多層膜
１０ 熱処理装置
１１ 熱処理室
１２ ヒーター
１３ 扉
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ワークの熱処理を行う熱処理室を包囲する金属製の内側板と、
   前記内側板の外側に設けられた金属製の外側板と、
   前記内側板と前記外側板とで形成される空間を減圧状態とした断熱層と、
   を備え、
   前記内側板の厚さは、前記外側板の厚さよりも薄く、
   前記内側板は、前記外側板と略同一形状の底部と、前記底部の外縁に立設した枠状の壁部を有し、前記壁部の上面と前記外側板とが接合されている、
   断熱パネル。

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