(57)【要約】【課題】内側壁が高温の場合にも十分な断熱性能が得られる真空断熱構造体を提供する。【解決手段】内側壁としての内筒２に覆われた加熱空間１１３と、内筒２を覆う外側壁としての外筒３と、を有し、内筒２と外筒３との間に真空空間８が形成された加熱炉用の真空断熱構造体１であって、真空空間８内に配置され、真空空間８内において内筒２から外筒３に輻射熱が伝わるのを防ぐ反射膜９と、反射膜９を、内筒２の外側面２ｂに接触させないように外筒３の内側面３ａに固定する固定具１０と、をさらに有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側壁に覆われた加熱空間と、前記内側壁を覆う外側壁と、を有し、前記内側壁と前記外側壁との間に真空空間が形成された加熱炉用の真空断熱構造体であって、
前記真空空間内に配置され、前記真空空間内において前記内側壁から前記外側壁に輻射熱が伝わるのを防ぐ反射膜と、
前記反射膜を、前記内側壁の外側面に接触させないように前記外側壁の内側面に固定する固定具と、をさらに有する、真空断熱構造体。
【請求項２】
前記固定具は、前記外側壁の外側面に配置された第１磁石と、前記真空空間内に配置され前記外側壁を挟んで前記第１磁石と対向する第２磁石と、からなる磁石対であり、前記反射膜は、前記第１磁石と前記第２磁石の間に挟まれて前記外側壁の内側面に固定される、請求項１に記載の真空断熱構造体。
【請求項３】
前記内側壁および前記外側壁は円筒状に形成されており、
前記固定具は、前記反射膜を前記外側壁の内側面に付勢するＣ形リングである、請求項１に記載の真空断熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内側壁が外側壁によって覆われ、内側壁と外側壁との間に真空空間が形成された真空断熱構造体が知られている。このような真空断熱構造体では、例えば内側壁が高温の場合に、真空空間において、熱伝達による内側壁から外側壁への伝熱は抑制できるが、輻射による内側壁から外側壁への伝熱は抑制できない。特許文献１には、内筒と外筒との間の真空空間に、少なくとも片面に酸化層が形成された金属箔の多層断熱材が配設された真空断熱構造体が記載されている。これにより、内側壁が高温の場合にも、輻射による内側壁から外側壁への伝熱を抑制することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０８１６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の真空断熱構造体では、真空空間に配設された多層断熱材が内側壁と外側壁との両方に接触してしまう場合があり、この場合、多層断熱材を介して高温である内側壁から外側壁に熱伝導するため十分な断熱性能が得られないおそれがあった。
【０００５】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、内側壁が高温の場合にも十分な断熱性能が得られる真空断熱構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内側壁に覆われた加熱空間と、前記内側壁を覆う外側壁と、を有し、前記内側壁と前記外側壁との間に真空空間が形成された加熱炉用の真空断熱構造体であって、前記真空空間内に配置され、前記真空空間内において前記内側壁から前記外側壁に輻射熱が伝わるのを防ぐ反射膜と、前記反射膜を、前記内側壁の外側面に接触させないように前記外側壁の内側面に固定する固定具と、をさらに有するものである。
反射膜は、固定具によって、内側壁の外側面には接触しないように外側壁の内側面に固定される。このため、加熱空間を覆う内側壁が高温になっても、内側壁の熱が反射膜を介して外側壁に熱伝導することはない。これにより、真空断熱構造体は、内側壁が高温の場合にも十分な断熱性能が得られる。
【０００７】
さらに、前記固定具は、前記外側壁の外側面に配置された第１磁石と、前記真空空間内に配置され前記外側壁を挟んで前記第１磁石と対向する第２磁石と、からなる磁石対であり、前記反射膜は、前記第１磁石と前記第２磁石の間に挟まれて前記外側壁の内側面に固定される。
固定具をこのように構成することで、反射膜を、内側壁の外側面には接触しないように外側壁の内側面に固定することができる。
【０００８】
さらに、前記内側壁および前記外側壁は円筒状に形成されており、前記固定具は、前記反射膜を前記外側壁の内側面に付勢するＣ形リングである。
固定具をこのように構成することで、反射膜を、内側壁の外側面には接触しないように外側壁の内側面に固定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内側壁が高温の場合にも十分な断熱性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態にかかる真空断熱構造体が適用される熱硬化炉の概略構成について説明する模式図である。
【図２】本実施の形態にかかる真空断熱構造体の構成について説明する模式図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本実施の形態にかかる真空断熱構造体において変形例１にかかる固定具が配置された状態を示す模式図である。
【図５】本実施の形態にかかる真空断熱構造体において変形例２にかかる固定具が配置された状態を示す模式図である。
【図６】本実施の形態にかかる真空断熱構造体において変形例３にかかる固定具が配置された状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
まず、図１を参照して本実施の形態にかかる真空断熱構造体１が適用される加熱炉としての熱硬化炉１００の構成について説明する。熱硬化炉１００は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムにおける燃料ガス供給源としての高圧水素タンクの製造に使用される。高圧水素タンクの製造において、ナイロン系樹脂などで成形されたライナーの外周にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が含浸された強化繊維を巻き付け、その熱硬化性樹脂を熱硬化炉１００で加熱して熱硬化させ、繊維強化樹脂層を形成する。
【００１３】
図１は、本実施の形態にかかる真空断熱構造体１が適用される熱硬化炉１００の概略構成について説明する模式図である。図１に示すように、熱硬化炉１００は、内部に加熱空間１１３を有する真空断熱構造体１と、タンク搬送用台車１１０と、タンク回転機構１１６と、熱風供給機構１１４と、真空断熱蓋１１５と、を備えている。
【００１４】
タンク搬送用台車１１０は、車輪が取り付けられた架台１１１と架台１１１に回転可能に軸支されたタンク軸支シャフト１１２とを有する。タンク回転機構１１６は、タンク軸支シャフト１１２と連結され、タンク軸支シャフト１１２を回転駆動させる。
【００１５】
熱風供給機構１１４は、吹き出し口を有する長尺状のダクト１１４ａと、ダクト１１４ａ内に配置された放熱ヒーター１１４ｂと、ダクト１１４ａ内に送風するシロッコファンなどの送風ファン１１４ｃとを有する。熱風供給機構１１４は、熱風供給機構１１４のダクト１１４ａの長手方向が、真空断熱構造体１の内部に配置させたタンク搬送用台車１１０におけるタンク軸支シャフト１１２の軸方向と平行になるように配置される。また、ダクト１１４ａにおいて、タンク軸支シャフト１１２の軸方向に沿って下向きに吹き出し口が形成されている。真空断熱蓋１１５は、真空断熱構造体１の開口部分を塞ぐものである。
【００１６】
熱硬化炉１００を用いた熱硬化工程では、熱硬化炉１００への中間生成品タンク１１７の搬入に先だち、タンク搬送用台車１１０に中間生成品タンク１１７を装着する。ここで、中間生成品タンク１１７とは、ライナーの外周に強化繊維が巻き付けられた状態のタンクである。タンク軸支シャフト１１２は、中間生成品タンク１１７の両端の口金に挿入され、タンク両端からシャフトを出した状態で、架台１１１に軸支される。タンク搬送用台車１１０に中間生成品タンク１１７を軸支した後、タンク搬送用台車１１０を真空断熱構造体１の内部に搬入し、熱硬化炉１００において中間生成品タンク１１７の熱硬化工程を開始する。
【００１７】
放熱ヒーター１１４ｂを発熱させるとともに送風ファン１１４ｃを駆動させると、ダクト１１４ａの吹き出し口１１４ａＡから中間生成品タンク１１７に対し熱風が吹き出され、中間生成品タンク１１７がタンク軸方向において均等に加熱される。また、中間生成品タンク１１７の熱硬化工程では、タンク回転機構１１６により、中間生成品タンク１１７をタンク軸支シャフト１１２とともに定速で回転させ、その回転を熱硬化工程の間に亘って維持する。
【００１８】
熱硬化炉１００では、中間生成品タンク１１７の回転と同時に、或いは、定速回転（例えば１２０ｒｐｍ）になったときに、ライナーの外周に巻き付けられた強化繊維に含まれる熱硬化樹脂（第１実施形態では、エポキシ樹脂）の熱硬化に適う温度（例えばエポキシ樹脂の硬化温度である１５０℃）に炉内温度が維持されるよう、放熱ヒーター１１４ｂおよび送風ファン１１４ｃの出力を制御する。これにより、中間生成品タンク１１７では、ライナーの外周に巻き付けられた強化繊維に含まれる熱硬化樹脂の硬化が始まる。
【００１９】
中間生成品タンク１１７は、加熱により強化繊維に含まれる熱硬化樹脂が硬化した後、常温の高圧エアが吹き付けされるなどすることで冷却養生される。そして、この冷却養生を経ることで高圧水素タンクが得られる。
【００２０】
次に、図２および図３を参照して真空断熱構造体１の構成について説明する。
図２は、真空断熱構造体１の構成について説明する模式図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２および図３に示すように、真空断熱構造体１は、内側壁としての内筒２と、内筒２を覆うように設けられた外筒３とを有する。加熱空間１１３は内筒２に覆われている。すなわち、内筒２の内側面２ａは加熱空間１１３と接している。内筒２および外筒３は底を有する。内筒２および外筒３の材質は、例えばステンレス鋼、鉄鋼である。また、内筒２と外筒３との間の空間における開口部分には、環状の封止部材５（図２参照）が配置されている。これにより、内筒２と外筒３との間の空間は密閉される。なお、封止部材５は、熱伝導率が低い材質、例えば、テフロン（登録商標）で形成されている。
【００２１】
外筒３の側面にはロータリーポンプなどの真空ポンプを接続するための排気口６が設けられている。真空ポンプを排気口６に接続して内筒２と外筒３との間の密閉された空間を真空引きすることで、内筒２と外筒３との間に真空空間８が形成される。
【００２２】
内筒２と外筒３の間の真空空間８内には、内筒２から外筒３に輻射熱が伝わるのを防ぐための反射膜９が配置されている。真空空間８内において、反射膜９は、固定具１０によって、内筒２の外側面２ｂに接触させないように外筒３の内側面３ａに固定される。
【００２３】
固定具１０は、具体的には、外筒３の外側面３ｂに配置された第１磁石１０ａと、真空空間８内に配置され外筒３を挟んで第１磁石１０ａと対向する第２磁石１０ｂと、からなる磁石対である。つまり、反射膜９は、第１磁石１０ａと第２磁石１０ｂの間に挟まれて外筒３の内側面３ａに固定される。なお、外筒３の材質が鉄鋼などの磁性金属である場合、第１磁石１０ａが外筒３を吸引することにより、反射膜９は、外筒３の内側面３ａに固定されるので、第２磁石１０ｂはなくてよい。
【００２４】
反射膜９は、金属薄膜と耐熱薄膜とを交互に円筒状に重ねた多層の膜である。金属薄膜は、例えばアルミニウム、銅、チタン、銀、アルミナなどの反射率の高い材質で形成された薄膜である。耐熱薄膜は、耐熱性に優れた材質で形成された薄膜で、例えばセラミックス製薄膜である。
【００２５】
反射膜９は、固定具１０によって、内筒２の外側面２ｂには接触しないように外筒３の内側面３ａに固定される。このため、加熱空間１１３を覆う内筒２が高温になっても、内筒２の熱が反射膜９を介して外筒３に熱伝導することはない。これにより、真空断熱構造体１は、内側壁としての内筒２が高温の場合にも十分な断熱性能が得られる。また、反射膜９を高温の内筒２に接触させないようにすることで、反射膜９の温度が高温になるのを抑制することができる。このため、内筒２の温度が８００℃程度に加熱される場合であっても、反射膜９の材質として融点が比較的低いアルミニウムを用いることができる。
【００２６】
ここで、図２を参照して真空断熱構造体１の製造方法の概略について説明する。まず、外筒３に反射膜９を挿入する。次に、固定具１０によって反射膜９を外筒３の内側面３ａに固定する。次に、反射膜９が固定された外筒３に内筒２を挿入する。次に、内筒２と外筒３との間の空間における開口部分を封止部材５によって封止する。そして、真空ポンプ７を排気口６に接続して内筒２と外筒３との間の密閉された空間を真空引きする。
【００２７】
上述したように、反射膜９が外筒３の内側面３ａに固定されていることにより、外筒３に内筒２を挿入する際に、内筒２の外側面２ｂが反射膜９にぶつかって反射膜９を破損するおそれを低くすることができる。これにより、反射膜９が外筒３の内側面３ａに固定されていない場合に対して、真空断熱構造体１を簡易に製造することができる。
【００２８】
[変形例１]
図４は、真空断熱構造体１において変形例１にかかる固定具４０が配置された状態を示す模式図である。図４に示すように、固定具４０はＣ形リングであり、反射膜９を外筒３の内側面３ａに付勢する。真空断熱構造体１において、内側壁は円筒状に形成された内筒２であり、外側壁は円筒状に形成された外筒３であるので、固定具４０は、内筒２と外筒３との間の密閉された空間に配置することができる。外筒３の長手方向において固定具４０が配置される位置は、図２に示された、外筒３の長手方向において固定具１０が配置される位置と同じである。固定具４０であるＣ形リングの材質は、例えばバネ鋼である。固定具４０は、縮径された状態で外筒３に挿入され、挿入後に弾性復元力によって径方向外側に拡がり反射膜９を外筒３の内側面３ａに付勢する。以上のように構成された固定具４０により、反射膜９を内筒２の外側面２ｂには接触しないように外筒３の内側面３ａに固定することができる。
【００２９】
[変形例２]
図５は、真空断熱構造体１において変形例２にかかる固定具５０が配置された状態を示す模式図である。図５に示すように、固定具５０は、一対の半円弧形状のリング５１，５２を端部において互いにバネ５３，５４で接続して構成されたＯ形リングである。真空断熱構造体１において、内側壁は円筒状に形成された内筒２であり、外側壁は円筒状に形成された外筒３であるので、固定具５０は、内筒２と外筒３との間の密閉された空間に配置することができる。外筒３の長手方向において固定具５０が配置される位置は、図２に示された、外筒３の長手方向において固定具１０が配置される位置と同じである。固定具５０であるＯ形リングは、バネ５３，５４が縮み、縮径された状態で外筒３に挿入され、挿入後にバネ５３，５４の弾性復元力によって径方向外側に拡がり反射膜９を外筒３の内側面３ａに付勢する。以上のように構成された固定具５０により、反射膜９を内筒２の外側面２ｂには接触しないように外筒３の内側面３ａに固定することができる。
【００３０】
[変形例３]
図６は、真空断熱構造体１において変形例３にかかる固定具６０が配置された状態を示す模式図である。図６に示すように、固定具６０は、一般的なホースクリップと類似した構造を有するＯ形リングである。すなわち、固定具６０は、Ｏ形状に丸められた帯状のストラップ６１と、ストラップ６１の一端の内周側に取り付けられストラップ６１の実効長を調節する調節機構６２と、を有する。真空断熱構造体１において、内側壁は円筒状に形成された内筒２であり、外側壁は円筒状に形成された外筒３であるので、固定具６０は、内筒２と外筒３との間の密閉された空間に配置することができる。調節機構６２は、ケーシング６２ａとボルト６２ｂからなる。ストラップ６１の内周面にはボルト６２ｂのねじ山と係合する隣接歯形が形成されている。ボルト６２ｂを回転させることによりストラップ６１の実効長を調節することができ、これにより、固定具６０の外径を調整することができる。例えば、ボルト６２ｂを時計回りに回転させるとストラップ６１の実効長が減少して固定具６０の外径が減少し、ボルト６２ｂを反時計回りに回転させるとストラップ６１の実効長が増加して固定具６０の外径が増加する。外筒３の長手方向において固定具６０が配置される位置は、図２に示された、外筒３の長手方向において固定具１０が配置される位置と同じである。固定具６０は、外径を減少させた状態で外筒３に挿入され、挿入後にボルト６２ｂを回転させることで外径を増加させて反射膜９を外筒３の内側面３ａに付勢する。以上のように構成された固定具６０により、反射膜９を内筒２の外側面２ｂには接触しないように外筒３の内側面３ａに固定することができる。
【００３１】
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。上記実施の形態において、固定具として変形例１〜３に示すものを用いる場合には、内側壁および外側壁の形状が円筒状である必要があるが、例えば固定具として上述した磁石対を用いる場合などでは、内側壁および外側壁の形状が円筒状である必要はなく、例えば矩形であってもよい。また、上記実施の形態において、外筒の長手方向において固定具が配置される位置は、４箇所としたが、これに限るものではなく、１箇所以上であればよい。
【００３２】
上記実施の形態において、真空断熱構造体は、内側壁および外側壁が底を有するものであるが、これに限るものではない。例えば、真空断熱構造体は、内側壁および外側壁が両側開口した筒であり、内側壁と外側壁の間の空間が両側の開口部分において封止部材により封止されていてもよい。
【００３３】
上記実施の形態において、反射膜は多層としたが、これに限るものではなく、単層のものであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  真空断熱構造体
２  内筒
２ａ  内側面
２ｂ  外側面
３  外筒
３ａ  内側面
３ｂ  外側面
５  封止部材
６  排気口
７  真空ポンプ
８  真空空間
９  反射膜
１０，４０，５０，６０  固定具
１０ａ  第１磁石
１０ｂ  第２        磁石
１１７  中間生成品タンク
６１  ストラップ
６２  調節機構
６２ａ  ケーシング
６２ｂ  ボルト
１００  熱硬化炉
１１０  タンク搬送用台車
１１１  架台
１１２  タンク軸支シャフト
１１３  加熱空間
１１４  熱風供給機構
１１４ａ  ダクト
１１４ｂ  放熱ヒーター
１１４ｃ  送風ファン
１１６  タンク回転機構
【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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