JP7067025B2 - 二重断熱壁構造体 - Google Patents

Description

本発明は二重断熱壁構造体に関する。

特許文献１に開示の二重断熱壁構造体は、内管と、外管と、内管と外管とを接続する金属ベローズとを備える。内管の内側空間を炉室として使用することができる。

特開２０１１－０８０７１９号公報

このような二重断熱壁構造体では、内管と外管との間に金属ベローズが設けられているため、熱が金属ベローズを介して内管から外管に伝わる。二重断熱壁構造体の断熱性について改善の余地があった。

本発明は、熱が内管から外管へ伝わることを抑制するものとする。

本発明に係る二重断熱壁構造体は、
外管と、
当該外管の内側に配置される内管と、
当該外管の端部と当該内管の端部とを接続する接続部と、を備え、
前記内管の内側空間は、減圧されており、
前記内管の内側空間は、前記外管の外側空間と比較して高い温度を有し、
前記接続部は、前記外管の体積変化と前記内管の体積変化との差分を吸収する金属製体積変化吸収筒状体と、樹脂製シール部材と、を備え、
前記金属製体積変化吸収筒状体は、前記内管の壁の厚みと比較して薄く、
前記樹脂製シール部材は、前記金属製体積変化吸収筒状体と前記外管との間に配置される。

このような構成によれば、内管の内側空間は、外管の外側空間と比較して高い温度を有するため、熱は、内管から外管まで、金属製体積変化吸収筒状体と樹脂製シール部材とを介して伝わる。金属製体積変化吸収筒状体が、内管の壁の厚みと比較して薄いため、内管から樹脂製シール部材への伝熱を抑制する。樹脂製シール部材を適切な温度条件において使用することができ、熱による樹脂製シール部材の劣化の進行を抑制し、必要なシール性能を確保する。また、樹脂製シール部材は、金属製体積変化吸収筒状体から外管とへの伝熱を抑制する。したがって、熱が内管から外管へ伝わることを抑制することができる。

本発明は、熱が内管から外管へ伝わることを抑制することができる。

実施の形態１に係る二重断熱壁構造体の断面図である。 実施の形態１に係る二重断熱壁構造体の一変形例の断面図である。 実施の形態２に係る二重断熱壁構造体の断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施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。図１～図３では、三次元ｘｙｚ直交座標系を規定した。

（実施の形態１）
図１及び図２を参照して実施の形態１について説明する。

図１に示すように、二重断熱壁構造体１０は、外管２と、内管３と、接続部４０とを備える。

外管２は、金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、ステンレス鋼が挙げられる。図１に示す外管２の一例は、外管２の端部２ａ、２ｂから内側に向かって延びる板状部２ｃを備える。

内管３は、外管２の内側に配置されている。内管３は、外管２と同心上に配置されていてもよい。内管３は、外管２と同様に、金属材料からなり、この金属材料の一例は、ステンレス鋼である。内管３の内側空間Ｆ１は、例えば、炉室として利用することができる。二重断熱壁構造体１０は、適宜、加熱装置を備えてもよく、この加熱装置が内側空間Ｆ１に位置するワークを加熱してもよい。

接続部４０は、ベローズ４と、Ｏリング６とを備える。図１に示す接続部４０の一例は、フランジ５を更に備える。接続部４０は、外管２の端部２ａと内管３の端部３ａとを機械的に接続し、外管２の端部２ｂと内管３の端部３ｂとを機械的に接続する。外管２と内管３との間の空間Ｖ１は、接続部４０によって遮蔽されている。空間Ｖ１は、真空ポンプ（図示略）等を用いて、減圧される、又は真空状態とする。空間Ｖ１の内部圧力は、空間Ｖ１の外部圧力よりも低ければよく、二重断熱壁構造体１０が満たすべき断熱性能に応じて、決定してもよい。

ベローズ４は筒状体であり、筒状体の壁は蛇腹形状を有する。ベローズ４は金属材料からなるとよく、例えば、ステンレス鋼からなるとよい。ベローズ４は、その長手方向において、収縮又は膨張する。ベローズ４の壁の厚みは、内管３の壁の厚みよりも薄い。ベローズ４は、内管３の端部３ａ、３ｂに機械的に接続される。外管２と内管３とは、温度変化によって体積変化しても、ベローズ４は、収縮又は膨張することによって、外管２の体積変化と内管３の体積変化との差分を吸収することができる。そのため、外管２と内管３とは、この体積変化による応力をあまり受けない。

フランジ５は、例えば、中心に孔を有する円板状体であり、ベローズ４と、Ｏリング６とを接続するように配置される。

Ｏリング６は、樹脂製シール部材であり、樹脂は、例えば、フッ素ゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。Ｏリング６を構成する材料の熱伝導率は、内管３を構成する材料の熱伝導率と比較して低い。例えば、Ｏリング６を構成する材料の一例であるシリコンゴムの熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、内管３を構成する材料の一例であるステンレス鋼の熱伝導率１７Ｗ／ｍ・Ｋと比較して低い。内管３の軸方向（ここでは、ｘ軸方向）から視た場合のＯリング６の投影面積は、内管３の断面積と比較して小さいとよい。

図１に示す二重断熱壁構造体１０の一例は、ベース１と、断熱部７と、蓋８と、搬送ベルト９とをさらに備える。ベース１は、外管２を支持し、二重断熱壁構造体１０を載置面（図示略）から所定の間隔を空ける。断熱部７は、例えば、グラスウール材を用いて構成される。フランジ５に倣った形状を備える板状体である。断熱部７は、フランジ５を覆って、内側空間Ｆ１の熱がフランジ５を通過して二重断熱壁構造体１０の外方へ伝わることを抑制する。蓋８は、断熱部７の孔を開閉するように移動可能に設けられている。搬送ベルト９は、内管３の内側を内管３の端部３ａから端部３ｂまで貫くように配置されている。搬送ベルト９は、ワークＷ１を搬送する装置であればよく、具体的には、ベルトコンベアを利用することができる。搬送ベルト９は、ワークＷ１をワーク保持プレート９１から受け取るように設けられるとよい。

ここで、二重断熱壁構造体１０を用いて、ワークＷ１の熱処理を行う。具体的には、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等に保持させつつ、蓋８を開く。続いて、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等から搬送ベルト９に移動させる。さらに、ワークＷ１を搬送ベルト９によって内側空間Ｆ１の内側に移動させる。ワークＷ１を加熱保持し、熱処理を行う。ここで、内側空間Ｆ１は、外管２の外側空間と比較して高い温度を有する。

以上、二重断熱壁構造体１０の構成によれば、ベローズ４の壁の厚みは、内管３の壁の厚みよりも薄い。よって、熱が内管３からベローズ４及びフランジ５を介してＯリング６へ伝わることを抑制する。そのため、Ｏリング６の温度は、Ｏリング６を使用するのに適切な温度範囲内に収まり、Ｏリング６は、熱による損傷をあまり受けない。よって、Ｏリング６はシール性能を維持し、二重断熱壁構造体１０の構成として長期間使用することができる。

また、Ｏリング６は、樹脂を用いて構成されていることから、フランジ５及びベローズ４と比較して低い熱伝導性を有する。そのため、Ｏリング６は、熱がフランジ５から外管２へ伝わることを抑制する。また、内管３の軸方向（ここでは、ｘ軸方向）から視た場合のＯリング６の投影面積が内管３の断面積と比較して小さいとき、Ｏリング６は、熱がフランジ５から外管２へ伝わることを、さらに抑制する。以上より、熱が内管３から外管２へ伝わることを抑制することができる。また、二重断熱壁構造体１０は、良好な断熱性能を有する。

（一変形例）
ところで、図２に示す二重断熱壁構造体１１０がある。二重断熱壁構造体１１０は、二重断熱壁構造体１０の一変形例であり、ベローズ４ではなく薄肉筒状体４１を備えるところを除いて、二重断熱壁構造体１０と同じ構成を備える。

二重断熱壁構造体１１０は、薄肉筒状体４１を備える。薄肉筒状体４１の壁は、内管３の壁よりも薄い。薄肉筒状体４１は金属材料からなるとよく、例えば、ステンレス鋼からなるとよい。薄肉筒状体４１は、その長手方向（ここでは、Ｘ軸方向）において、収縮又は膨張する。薄肉筒状体４１は、内管３の端部３ａとフランジ５との間と、内管３の端部３ｂとフランジ５との間にそれぞれ配置される。薄肉筒状体４１は、内管３の端部３ａとフランジ５と、内管３の端部３ｂとフランジ５とを機械的に接続される。外管２と内管３とは、温度変化によって体積変化しても、薄肉筒状体４１は、収縮又は膨張することによって、外管２の体積変化と内管３の体積変化との差分を吸収することができる。そのため、外管２と内管３とは、この体積変化による応力をあまり受けない。

ここで、二重断熱壁構造体１１０を用いて、ワークＷ１の熱処理を行う。具体的には、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等に保持させて、蓋８を開く。続いて、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等から搬送ベルト９に移動させる。さらに、ワークＷ１を搬送ベルト９によって内側空間Ｆ１の内側に移動させる。ワークＷ１を加熱保持し、熱処理を行う。ここで、内側空間Ｆ１は、外管２の外側空間と比較して高い温度を有する。

以上より、二重断熱壁構造体１１０の構成によれば、薄肉筒状体４１の壁の厚みは、内管３の壁の厚みよりも薄い。よって、熱が内管３から薄肉筒状体４１及びフランジ５を介してＯリング６へ伝わることを抑制する。そのため、Ｏリング６の温度は、Ｏリング６を使用するのに適切な温度範囲内に収まり、Ｏリング６は、熱による損傷をあまり受けない。よって、Ｏリング６はシール性能を維持し、二重断熱壁構造体１１０の構成として長期間使用することができる。

また、Ｏリング６は、樹脂を用いて構成されていることから、フランジ５と比較して低い熱伝導性を有する。そのため、Ｏリング６は、熱がフランジ５から外管２へ伝わることを抑制する。また、内管３の軸方向（ここでは、ｘ軸方向）から視た場合のＯリング６の投影面積が内管３の断面積と比較して小さいとき、Ｏリング６は、熱が外管２へ伝わることを、さらに抑制する。以上より、熱が内管３から外管２へ伝わることを抑制することができる。また、二重断熱壁構造体１１０は、良好な断熱性能を有する。

（実施の形態２）
次に、図３を参照して、実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る二重断熱壁構造体２１０は、外管２２と、内管３２と、断熱部７２とを備え、フランジ５とを備えることを必要としない点で異なるところを除いて、構成二重断熱壁構造体１０（図１参照）と同じ構成を有する。

二重断熱壁構造体２１０は、外管２２と、内管３２と、リング５１ａ、５１ｂと、断熱部７２とを備える。

外管２２は、外管２と同様に、金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、ステンレス鋼が挙げられる。

内管３２は、外管２２の内側に配置されている。内管３２は、外管２２と同心上に配置されていてもよい。内管３２は、軸方向において外管２２よりも長く、内管３２の両端から外径方向へ突き出るフランジ３２ａ、３２ｂを有する。内管３２は、外管２２と同様に、金属材料からなり、この金属材料の一例は、ステンレス鋼である。内管３２の内側空間Ｆ２は、例えば、炉室として利用することができる。二重断熱壁構造体２１０は、適宜、加熱装置を備えてもよく、この加熱装置が内側空間Ｆ２に位置するワークを加熱してもよい。

接続部２４０は、ベローズ４と、Ｏリング６と、リング５１ａ、５１ｂとを備える。接続部２４０は、外管２２の端部２２ａと内管３２のフランジ３２ａとを機械的に接続し、外管２２の端部２２ｂと内管３２のフランジ３２ｂとを機械的に接続する。外管２２と内管３２との間の空間Ｖ２は、接続部２４０によって遮蔽されている。空間Ｖ２は、真空ポンプ（図示略）等を用いて、減圧される、又は真空状態とする。空間Ｖ２の内部圧力は、空間Ｖ２の外部圧力よりも低ければよく、二重断熱壁構造体２１０が満たすべき断熱性能に応じて、決定してもよい。

ベローズ４の壁の厚みは、内管３２の体の厚みよりも薄い。ベローズ４は、内管３２のフランジ３２ａとリング５１ａとの間、及びフランジ３２ｂとリング５１ｂとの間にそれぞれ配置される。ベローズ４は、フランジ３２ａとリング５１ａとを接続し、フランジ３２ｂとリング５１ｂとをそれぞれ接続する。外管２２と内管３２とは、温度変化によって体積変化しても、ベローズ４は、収縮又は膨張することによって、外管２２の体積変化と内管３２の体積変化との差分を吸収することができる。そのため、外管２２と内管３２とは、この体積変化による応力をあまり受けない。

Ｏリング６は、リング５１ａと外管２２の端部２２ａとの間と、リング５１ｂと外管２２の端部２２ｂとの間にそれぞれ配置される。Ｏリング６は、リング５１ａと外管２２の端部２２ａとの間と、リング５１ｂと外管２２の端部２２ｂとの間とをそれぞれシールすする。内管３２の軸方向（ここでは、ｘ軸方向）から視た場合のＯリング６の投影面積は、内管３２の断面積と比較して小さいとよい。

ここで、二重断熱壁構造体２１０を用いて、ワークＷ１の熱処理を行う。具体的には、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等に保持させて、蓋８を開く。続いて、ワークＷ１をワーク保持プレート９１等から搬送ベルト９に移動させる。さらに、ワークＷ１を搬送ベルト９によって内側空間Ｆ２の内側に移動させる。ワークＷ１を加熱保持し、熱処理を行う。ここで、内側空間Ｆ２は、外管２の外側空間と比較して高い温度を有する。

以上、二重断熱壁構造体２１０の構成によれば、ベローズ４の壁の厚みは、内管３２の壁の厚みよりも薄い。よって、熱が内管３２からベローズ４及びリング５１ａ、５１ｂを介してＯリング６へ伝わることを抑制する。そのため、Ｏリング６の温度は、Ｏリング６を使用するのに適切な温度範囲内に収まり、Ｏリング６は、熱による損傷をあまり受けない。よって、Ｏリング６はシール性能を維持し、二重断熱壁構造体２１０の構成として長期間使用することができる。

また、Ｏリング６は、樹脂を用いて構成されていることから、ベローズ４及びリング５１ａ、５１ｂと比較して低い熱伝導性を有する。そのため、Ｏリング６は、熱がリング５１ａ、５１ｂから外管２２へ伝わることを抑制する。また、内管３２の軸方向（ここでは、ｘ軸方向）から視た場合のＯリング６の投影面積が内管３２の断面積と比較して小さいとき、Ｏリング６の断面積は、内管３２の断面積と比較して小さい場合、さらに、Ｏリング６は、熱が外管２２へ伝わることを抑制する。以上より、熱が内管３２から外管２２へ伝わることを抑制することができる。また、二重断熱壁構造体２１０は、良好な断熱性能を有する。

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、実施の形態１及び２にかかる二重断熱壁構造体は、ベローズ４、薄肉筒状体４１を備えたが、金属製であり、かつ、内管３、３２及び外管２、２２の体積変化の差分を吸収する金属製体積変化吸収筒状体を備えてもよい。

１０、１１０、２１０ 二重断熱壁構造体
２、２２ 外管
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ 端部
３、３２ 内管
３ａ、３ｂ 端部 ３２ａ、３２ｂ フランジ
４０、２４０ 接続部
４ ベローズ ４１ 薄肉筒状体
６ Ｏリング
Ｆ１、Ｆ２ 内側空間 Ｖ１、Ｖ２ 空間
Ｗ１ ワーク

Claims (1)

1. 外管と、
   当該外管の内側に配置される内管と、
   当該外管の端部と当該内管の端部とを接続する接続部と、を備え、
   前記外管と前記内管との間の空間は、減圧されており、
   前記内管の内側空間は、前記外管の外側空間と比較して高い温度を有し、
   前記接続部は、前記外管の体積変化と前記内管の体積変化との差分を吸収する金属製体積変化吸収筒状体と、樹脂製シール部材と、フランジとを備え、
   前記金属製体積変化吸収筒状体は、前記内管の壁の厚みと比較して薄く、
   前記フランジは、前記金属製体積変化吸収筒状体と、前記樹脂製シール部材とを接続し、
   前記樹脂製シール部材は、前記フランジと前記外管との間に配置され、
   前記金属製体積変化吸収筒状体は、前記フランジと前記内管との間に配置され、前記内管の端部に機械的に接続される、
   二重断熱壁構造体。

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