(57)【要約】【課題】スペーサの横断面積を小さくすることで、断熱性能を向上させた真空断熱構造を提供すること。【解決手段】本発明にかかる真空断熱構造は、第１壁部１１と第２壁部２１と、第１壁部１１および第２壁部２１の間に配設された複数の断熱性のスペーサ３０と、を備える真空断熱構造１である。第１壁部１１および第２壁部２１とでできる空間は真空となるように密封される。スペーサ３０は、頂部が第１壁部１１に接触する第１湾曲部３１と、頂部が第２壁部２１に接触する第２湾曲部３２と、第１湾曲部３１の頂部と第２湾曲部３２の頂部の間に配置され、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２をつなぐ軸３３と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１壁部と第２壁部と、
前記第１壁部および前記第２壁部の間に配設された複数の断熱性のスペーサと、を備える真空断熱構造であって、
前記第１壁部および前記第２壁部とでできる空間は真空となるように密封され、
前記スペーサは、頂部が前記第１壁部に接触する第１湾曲部と、頂部が前記第２壁部に接触する第２湾曲部と、前記第１湾曲部の頂部と前記第２湾曲部の頂部の間に配置され、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部をつなぐ軸と、を備えた、
真空断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
対向する第１壁部と第２壁部との間を密封して真空にすることで、壁部間を断熱する構造体が知られている。この壁部を薄くすれば構造体の軽量化が図れるが、壁内外の圧力差に耐えうる強度が得られなくなってしまう。そこで、第１壁部と第２壁部の間に球状のスペーサを均等に配置し、構造体の強度を上げる方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空断熱構造体の壁部間にスペーサを設置すると、一方の壁部に加わった熱はスペーサとの接触部を介して他方の壁部に伝わるため、断熱性能が低下してしまう。特許文献１では、球状のスペーサを用いることで、第１壁部および第２壁部とスペーサとの接触面積を小さくする方法が提案されている。この発明によって、壁部とスペーサとの間で授受される熱量を抑えることができたが、球状のスペーサは中央の断面積が大きいために、一度スペーサへ伝わった熱は反対側へ速く流れてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、スペーサの横断面積を小さくすることで、断熱性能を向上させた真空断熱構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる真空断熱構造は、第１壁部と第２壁部と、前記第１壁部および前記第２壁部の間に配設された複数の断熱性のスペーサと、を備える真空断熱構造であって、前記第１壁部および前記第２壁部とでできる空間は真空となるように密封され、前記スペーサは、頂部が前記第１壁部に接触する第１湾曲部と、頂部が前記第２壁部に接触する第２湾曲部と、前記第１湾曲部の頂部と前記第２湾曲部の頂部の間に配置され、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部をつなぐ軸と、を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、スペーサの横断面積を小さくすることができ、断熱性能を向上させた真空断熱構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】真空断熱構造の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】真空断熱構造の構成を模式的に示す分解図である。
【図３】図１に示す真空断熱構造の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】スペーサの構造を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示すスペーサの切断線Ｖ−Ｖにおける、軸の中心を通る断面図である。
【図６】開閉蓋を開いたときの位置決め部材の構造を模式的に示す拡大斜視図である。
【図７】開閉蓋を閉じたときの位置決め部材の構造を模式的に示す拡大斜視図である。
【図８】スペーサの位置決めをする様子を模式的に示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
まず図１、図２、および図３を参照して、本実施の形態にかかる真空断熱構造１について説明する。図１は真空断熱構造１の斜視図であり、図２は真空断熱構造１の分解図である。また図３は、図１に示す真空断熱構造１の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【００１１】
図２に示すように、真空断熱構造１は、対向配置された一対の第１外装パネル１０と、第２外装パネル２０と、これらの間に配設された多数のスペーサ３０と、多数のスペーサ３０の位置決めをする位置決め部材４０と、からなる。第１外装パネル１０と第２外装パネル２０に閉じられた空間は真空引きされ、それぞれの間は断熱される。このとき、位置決め部材４０によって平行に並べられた多数のスペーサ３０が、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０の、内外の圧力差による変形を防ぐ。
なお、以下の説明では、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０を形式的に区別しているが、実際の生産および使用に関して、これらが区別されることはない。
【００１２】
第１外装パネル１０は、第１壁部１１と、第１壁部１１の外周縁から屈曲された第１外面部１２と、第１外面部１２の端縁からフランジ状をなすように外向きに屈曲された第１接合部１３と、を備える。第２外装パネル２０は、第１外装パネル１０の開口側（第１接合部１３側）に配設される対称形状のもので、同様に第２壁部２１と、第２外面部２２と、第２接合部２３と、を備える。
【００１３】
図１に示すように、実施時において第１接合部１３と第２接合部２３は接合され、第１壁部１１と第２壁部２１は互いに平行に対向配置される。このようにして、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０は真空断熱構造１の外枠を形成する。また、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０は密封され、内側は真空とされる。このため、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０は、目的の温度に応じた耐熱性をもち、リークを起こさない金属材料または耐熱樹脂で構成されるとよい。たとえば、それぞれ厚さ約０．５ｍｍの薄肉ステンレス（ＳＵＳ３０４等）で形成されてもよいし、異なる材質同士で形成されてもよい。また、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０との間の熱伝導を抑えるために、第１接合部１３と第２接合部２３の当接される面積は小さくするとよい。さらに、輻射による熱伝導を抑えるために、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０の内面に銅メッキや鏡面加工を施すと好ましい。
【００１４】
また、真空断熱構造１には、製造の過程で内部を真空排気できるように、排気孔を設ける必要がある。
図２に示した例では、第１外装パネル１０に排気部１４が断面凸形状に突出するように形成されており、その排気部１４は排気孔１５を備えている。製造の過程において、第１接合部１３と第２接合部２３とを接合したのち、排気孔１５から真空排気し密封することで、真空断熱構造１の内部を真空にすることができる。たとえば具体的には、排気孔１５と排気装置とを、シール部材を介して接続し、真空断熱構造１の内部を真空排気したのち、排気部１４の付け根の部分をシーム溶接により接合し、他の外周縁と同一になる位置で切断すればよい。あるいは、真空排気を行いながら、排気孔１５に金属やガラスなどのロウ材を溶かし入れて封じてもよい。
なお、排気部１４は第１外装パネル１０に直接開口を形成するだけでもよいし、チップ管を接合してもよいし、真空バルブを備えた構造になっていてもよい。もちろん、排気部１４は第２外装パネル２０側に設けられていてもよい。
【００１５】
ここで、図４および図５を用いてスペーサ３０の構造を説明する。図４はスペーサ３０の斜視図であり、図５は図４に示すスペーサ３０の切断線Ｖ−Ｖにおける、軸の中心を通る断面図である。
【００１６】
図４に示すように、スペーサ３０は、第１湾曲部３１と、第２湾曲部３２と、軸３３と、からなる。第１湾曲部３１と第２湾曲部３２は、いずれも略椀状に形成されており、互いに凸部を外側にして対向配置されている。軸３３は円柱状の棒状部材であって、その一端は第１湾曲部３１の頂部の内側に固定され、他端は第２湾曲部３２の頂部の内側に固定されている。換言すると、軸３３は、第１湾曲部３１の頂部と第２湾曲部３２の頂部の間に配置され、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２をつないでいる。軸３３の直径は、第１湾曲部３１、第２湾曲部３２の外径よりも小さくなっている。
第１湾曲部３１と第２湾曲部３２と軸３３は、いずれも熱伝導度が低く硬質な材質で作られていると好ましく、たとえばジルコニア（ＺｒＯ２）を用いて作られるとよい。このとき、スペーサ３０は断熱材料により形成されているため、断熱性を有している。
なお、以下の説明では、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２を形式的に区別しているが、実際の生産および使用に関して、これらが区別されることはない。また後述するように、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２の頂部には大きな押圧がかかるため、頂部付近を厚くすると好ましい。
【００１７】
スペーサ３０の高さｈは、第１外装パネル１０と第２外装パネル２０を接合したときの、第１壁部１１と第２壁部２１の面間隔と同一、あるいは若干大きくなっている。実施時において、スペーサ３０は、位置決め部材４０によって互いに所定の間隔を隔てて分布する。複数のスペーサ３０は、互いに平行に配置される。第１湾曲部３１の頂部は第１壁部１１に接触し、第２湾曲部３２の頂部は第２壁部２１に接触する。このとき軸３３の向きは、第１壁部１１および第２壁部２１と垂直方向になる。
【００１８】
真空断熱構造１の内部が陰圧状態になると、内外の圧力差によって第１壁部１１と第２壁部２１からスペーサ３０に押圧がかかる。このとき、軸３３が第１壁部１１および第２壁部２１と垂直に接しているため、押圧は軸３３の長手方向にかかる。第１湾曲部３１、第２湾曲部３２、および軸３３は硬質な材料で作られているため、圧縮されても耐える強度を有しており、押圧に抗うように第１壁部１１と第２壁部２１を内側から支えることができる。
【００１９】
第１湾曲部３１および第２湾曲部３２は外面が略球面状であるから、第１壁部１１および第２壁部２１への応力を分散させつつ、それぞれとの接触面積を小さく抑えることができる。このため、第１壁部１１から第１湾曲部３１への熱伝導、および第２壁部２１から第２湾曲部３２への熱伝導を小さく抑えることができる。
さらに、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２は、横断面積の小さな軸３３によって隔てられているため、それぞれの間の伝熱も抑制できる。よって、球状のスペーサに比べて断熱性能を大きく向上することができる。
【００２０】
次に、図６および図７を用いて、位置決め部材４０の構造を説明する。図６および図７は、位置決め部材４０の構造を模式的に示す拡大斜視図である。
【００２１】
図６に示すように、位置決め部材４０は、多数の矩形のスペーサ貫通孔４２が所定の間隔を隔てて設けられたシート部材４１と、各々のスペーサ貫通孔４２の一辺に回動可能に備え付けられた開閉蓋４３と、を備える。
以下、シート部材４１と開閉蓋４３が略直交になった状態を、開閉蓋４３を開けた状態と呼び、シート部材４１と開閉蓋４３が平行になった状態を、開閉蓋４３を閉じた状態と呼ぶ。すなわち、図６は開閉蓋４３を開けたときの位置決め部材４０の構造を模式的に示す拡大斜視図であり、図７は開閉蓋４３を閉じたときの位置決め部材４０の構造を模式的に示す拡大斜視図である。
【００２２】
シート部材４１と開閉蓋４３は、第１外装パネル１０や第２外装パネル２０と同様にステンレスや耐熱樹脂で形成されていてもよいが、輻射による熱伝導を抑えるために、銅板や鏡面をもった金属板で形成されると好ましい。シート部材４１と開閉蓋４３は、別々に作ったのちに接合させてもよいし、一枚の板を切り出して作ってもよい。
【００２３】
スペーサ貫通孔４２は、第１湾曲部３１と第２湾曲部３２が貫通できる大きさであって、図６に示すように、開閉蓋４３が連結する辺と対向する辺の中心には、半円形の切欠部４４ａが備えられている。
一方、開閉蓋４３は、スペーサ貫通孔４２と同じ大きさの矩形のうち、一辺の中心に半円形の切欠部４４ｂを備えた形状をしており、切欠部４４ｂを設けた辺と対向する辺がシート部材４１と連結している。ここで、切欠部４４ａと切欠部４４ｂの内径は等しく、軸３３の外径よりわずかに大きくなっている。
【００２４】
図７に示すように、開閉蓋４３を閉じたときは、切欠部４４ａと切欠部４４ｂは互いに１つの円を形成するように向き合って、軸貫通孔４４をなす。軸貫通孔４４は２つの切欠部４４ａ、４４ｂからなる円であるから、軸貫通孔４４の内径も、軸３３の外径よりわずかに大きい。後述するように、この軸貫通孔４４に軸３３を貫通させることでスペーサ３０を位置決めする。
【００２５】
ここで、図８を用いて、スペーサ３０が位置決め部材４０によって位置決めされる様子を説明する。図８は、スペーサ３０が位置決め部材４０によって位置決めされる様子を模式的に示す拡大斜視図である。
【００２６】
スペーサ３０を位置決め部材４０に挿入する様子を図８上部に示す。まず、開閉蓋４３を開け、スペーサ３０をスペーサ貫通孔４２に挿入し、軸３３を切欠部４４ａに沿ってあてがう。この状態で開閉蓋４３を閉めると、図８下部に示すように軸貫通孔４４が軸３３を取り囲み、スペーサ３０が位置決めされる。このようにして、スペーサ３０を所定の間隔を隔てて配置することができる。このとき、第１壁部１１および第２壁部２１に掛かるスペーサ３０からの押圧が均一になるように、スペーサ３０は等間隔に配置すると好ましい。また、開閉蓋４３は、スペーサ３０の位置決めをしたのち閉めた状態で固定してもよい。
なお、この構成において、スペーサ３０はシート部材４１に対して軸３３の長手方向に動くことができるが、実施時においてスペーサ３０は第１壁部１１と第２壁部２１から押圧されるため、第１湾曲部３１の頂部と第２湾曲部３２の頂部はそれぞれ面一に揃えられる。
【００２７】
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。
【００２８】
たとえば、上記実施の形態では、第１壁部１１と第２壁部２１の形状を平面視矩形状に形成したが、三角形状や五角形以上の多角形状でもよいうえ、円形状としてもよく、その形状は希望に応じて変更が可能である。
また、真空断熱構造１として第１外装パネル１０と第２外装パネル２０の組み合わせを用いて説明したが、魔法瓶、真空二重管、真空二重ジャケット、真空容器などの真空構造体にも適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  真空断熱構造
１０  第１外装パネル
１１  第１壁部
１２  第１外面部
１３  第１接合部
１４  排気部
１５  排気孔
２０  第２外装パネル
２１  第２壁部
２２  第２外面部
２３  第２接合部
３０  スペーサ
３１  第１湾曲部
３２  第２湾曲部
３３  軸
４０  位置決め部材
４１  シート部材
４２  スペーサ貫通孔
４３  開閉蓋
４４  軸貫通孔
４４ａ、４４ｂ  切欠部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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