(57)【要約】【課題】加熱時には断熱性を高く維持し、冷却時には伝熱性を高くすることができる真空断熱炉を得ること。【解決手段】本発明の真空断熱炉１は、外管３と内管２との間の真空層４を真空状態としており、外管３の外部に配置された磁気発生手段５と、外管３と内管２との間の真空層４に配置されて、磁気発生手段５の磁力により駆動可能で、内管２と外管３の両方に接触する連結状態と、内管２と外管３の一方のみに接触する切り離し状態とを選択的に切換可能な断熱性能調整手段１０とを有する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁と内壁との間の空間を真空状態とした真空断熱炉であって、
前記外壁の外部に配置された磁気発生手段と、
前記外壁と前記内壁との間の空間に配置されて、前記磁気発生手段の磁力により駆動可能で、前記内壁と前記外壁の両方に接触する連結状態と、前記内壁と前記外壁の一方のみに接触する切り離し状態とを選択的に切換可能な断熱性能調整手段と、
を有することを特徴とする真空断熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外壁と内壁との間に形成される空間を真空状態とした真空断熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から内外２つの壁の間に形成される空間を真空状態とした真空断熱炉が広く知られている。
【０００３】
特許文献１には、複合断熱パネルにおいて熱抵抗を可変にする方法として、パネル内部で断熱材を移動させることにより、パネルの熱伝導率を可変にする技術が示されている（特開昭６０−１０９８２９号公報）。
【０００４】
特許文献２には、作動流体を加熱冷却して作動流体の熱膨張収縮を利用して反射膜を開閉する輻射熱量制御装置の構成が示されている（特開平０７−０２５３９８号公報）。
【０００５】
特許文献３には、気体の出し入れにより反射膜を開閉する伝熱量可変の透過性断熱被覆体の構成が示されている（特開昭５９−０７１９５１号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１０９８２９号公報
【特許文献２】特開平０７−０２５３９８号公報
【特許文献３】特開昭５９−０７１９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空断熱炉は、断熱性が高いため、炉内での加熱処理が終わり、そのまま被加熱物を冷却したい場合、冷却速度を上げにくい。冷却速度を上げるために真空断熱層の真空状態を解除する方法では、再び断熱性能を回復させるための真空引き処理に時間がかかり、加熱、冷却処理の効率を上げることができない。
【０００８】
断熱性能を調整するために、特許文献１のような気体を導入する機構を真空断熱容器の真空層に設けると、真空シールの構造が複雑で真空の信頼度が低下するおそれがある。また、特許文献２の技術を適用して、真空断熱容器の真空層に作動流体を加熱冷却する機構を設けた場合も、真空シールの構造が複雑で真空の信頼度が低下するおそれがある。そして、特許文献３の技術のように真空断熱の中に断熱材を配置しても断熱性能は向上しないため、真空断熱容器に適用しても、冷却速度の向上という効果は得られない。したがって、特許文献１−３の技術を適用することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱時には断熱性を高く維持し、冷却時には伝熱性を高くすることができる真空断熱炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の真空断熱炉は、
外壁と内壁との間の空間を真空状態とした真空断熱炉であって、
前記外壁の外部に配置された磁気発生手段と、
前記外壁と前記内壁との間の空間に配置されて、前記磁気発生手段の磁力により駆動可能で、前記内壁と前記外壁の両方に接触する連結状態と、前記内壁と前記外壁の一方のみに接触する切り離し状態とを選択的に切換可能な断熱性能調整手段と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、炉内で加熱処理する際は、断熱性能調整手段を内壁と外壁の一方にのみ接触する切り離し状態とし、内壁と外壁との間の断熱性を高く維持し、炉内のワークを冷却処理する際は、断熱性能調整手段を内壁と外壁の両方に接触する連結状態とし、内壁から外壁への熱伝達を促すようにする。したがって、外壁と内壁との間の空間の真空状態を維持したまま断熱性能を調整することができ、真空断熱炉の加熱冷却処理の効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱時には断熱性を高く維持し、冷却時には伝熱性を高くすることができる真空断熱炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】第１の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図１Ｂ】第１の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図２Ａ】第２の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図２Ｂ】第２の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図３Ａ】第３の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図３Ｂ】第３の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図４Ａ】参考実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図４Ｂ】参考実施形態に係わる真空断熱炉の断面図。
【図４Ｃ】参考実施形態に係わる真空断熱炉の断熱性能調整手段の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂは、第１の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図であり、図１Ａは、磁力ＯＦＦの状態を示す図、図１Ｂは、磁力ＯＮの状態を示す図である。
【００１６】
本実施形態に係わる真空断熱炉１は、円筒状の内壁を構成する内管２と、内管２の外側に多重配置された円筒状の外壁を構成する外管３とを有している。内管２と外管３は、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性体により構成されている。
【００１７】
内管２と外管３との間に形成される空間は、不図示の真空ポンプにより真空状態とされた真空層４となっている。内管２で囲まれる内部空間は、加熱炉に接続されており、被加熱物を収容して熱処理を行う炉内を構成する。
【００１８】
外管３の外部には、磁気発生手段５が配置されている。磁気発生手段５は、鉄芯とコイルとを有しており、コイルに電流を流すことによって磁気を発生させることができる。磁気発生手段５は、外管３の下方に配置されており、磁気発生手段５が磁気を発生させている磁力ＯＮの状態で磁力線Ｆが内管２と外管３を径方向に貫通して延びるように配置されている。
【００１９】
内管２と外管３との間の真空層４には、断熱性能調整手段１０を構成する磁性体粉体１１が収容されている。磁性体粉体１１は、本実施形態では所定量の鉄粉が用いられているが、鉄粉の代わりにパチンコ玉やベアリング玉のような鉄球を用いてもよい。磁性体粉体１１は、磁気発生手段５の磁力により駆動されて真空層４内を移動することができる。
【００２０】
磁気発生手段５は、磁気を発生させるか否かにより、磁性体粉体１１を内管２と外管３の両方に接触する連結状態と、内管２と外管３の一方のみに接触する切り離し状態のいずれか一方に選択的に切換可能とする。
【００２１】
磁性体粉体１１は、磁気発生手段５が磁気を発生させていない場合（磁力ＯＦＦの場合）には外管３の底に広がるように溜まって内管２との間に所定の間隔を開けて配置され、外管３のみに接触した切り離し状態とされる。したがって、内管２と外管３との断熱性を高く維持することができる（図１Ａ）。
【００２２】
一方、磁気発生手段５が磁気を発生させている場合（磁力ＯＮの場合）は、磁性体粉体１１は、磁気発生手段５の磁力によって駆動されて移動し、磁力線Ｆに沿って並ぶように配列される。そして、外管３の底から立ち上がって上端が内管２に接触し、外管３と内管２の両方に接触した連結状態とされる。したがって、内管２と外管３との間は磁性体粉体１１によって熱的に接続され、磁性体粉体１１を通して内管２の熱を外管３に伝達して、内管２を積極的に冷却することができる。したがって、真空層４の真空状態を維持したまま断熱性能を調整することができ、真空断熱炉１の加熱冷却処理の効率を向上させることができる（図１Ｂ）。
【００２３】
本実施形態の真空断熱炉１は、真空層４内に磁性体粉体１１を配置しており、被加熱物の加熱時などの断熱性が必要なときは、磁力ＯＦＦとして磁性体粉体１１を外管３のみに接触させた切り離し状態とする。そして、冷却時などの伝熱性が必要なときは、磁力ＯＮとして磁性体粉体１１を移動させ、磁性体粉体１１を内管２と外管３の両方に接触させた連結状態とする。
【００２４】
本実施形態の真空断熱炉１は、真空度の調整によらない方法で断熱性能を制御することができる。また、真空を隔てる壁である内管２及び外管３を貫通する機構を設けることなく、断熱性能を制御する機構を設けることができ、真空度の信頼性が高い。
【００２５】
従来の真空断熱を適用した炉で被加熱物を冷却する場合、保温されてしまい、所望の冷却速度が得られない。その対策として、真空断熱の真空層に大気等を導入することが考えられるが、これでは断熱性能を回復させるために再び真空引きをする必要があり、多くの時間とエネルギを要する。
【００２６】
これに対し、本実施形態の真空断熱炉１では、磁力ＯＮにより磁性体粉体１１を駆動し、内管２と外管３との間を熱的に接続することにより断熱性能を調整する。したがって、短時間・省エネルギで断熱性能の調整をすることが可能となる。
【００２７】
炉内に外気を導入することにより、炉を冷却することもできるが、これにより得られる廃熱は利用価値が低い（温度が低い空気が大量に得られる）。一方、炉内の温度を直接伝えることができれば、温度が高い廃熱が得られ、利用価値が高い。例えば、燃料ガスの余熱や、熱電発電に用いることができる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
図２Ａ及び図２Ｂは、第２の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図であり、図２Ａは、磁力ＯＦＦの状態を示す図、図２Ｂは、磁力ＯＮの状態を示す図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００２９】
本実施形態において特徴的なことは、断熱性能調整手段１０を、磁性体である鉄板１２とバネ１３により構成したことである。
【００３０】
本実施形態では、磁気発生手段５は、外管３の上方に配置されており、図２Ｂに示すように、磁気発生手段５が磁気を発生させている磁力ＯＮの状態で磁力線Ｆが外管３と内管２を径方向に貫通して延びるように配置されている。
【００３１】
内管２と外管３との間の真空層４には、断熱性能調整手段１０を構成する鉄板１２とバネ１３が配置されている。バネ１３は、内管２の最上部に下端が固定されており、上端に鉄板１２が固定されている。バネ１３は、鉄板１２を内管２に接近する方向に付勢して、外管３から離間した位置に配置させている。
【００３２】
鉄板１２は、磁気発生手段５の磁力により駆動されて磁気発生手段５に接近する方向に付勢される。鉄板１２は、バネ１３の付勢力に抗して真空層４内を上方に移動し、外管３に接触する。鉄板１２が外管３に接触すると、内管２と外管３との間がバネ１３及び鉄板１２によって熱的に接続されることとなる。
【００３３】
磁気発生手段５は、磁気を発生させるか否かにより、断熱性能調整手段１０を内管２と外管３の両方に接触する連結状態と、内管２と外管３の一方のみに接触する切り離し状態のいずれか一方に選択的に切換可能とする。
【００３４】
断熱性能調整手段１０は、磁気発生手段５が磁気を発生させていない場合（磁力ＯＦＦの場合）には、鉄板１２が外管３から離間した位置に配置され、バネ１３だけが内管２に接触した切り離し状態とされる。したがって、内管２と外管３との断熱性を高く維持することができる（図２Ａ）。
【００３５】
一方、磁気発生手段５が磁気を発生させている場合（磁力ＯＮの場合）には磁気発生手段５の磁力によって鉄板１２が駆動されて、バネ１３を伸ばしながら上方に向かって移動する。そして、鉄板１２は外管３に接触し、断熱性能調整手段１０が内管２と外管３の両方に接触した連結状態とされる。したがって、内管２と外管３との間は断熱性能調整手段１０のバネ１３と鉄板１２を介して熱的に接続され、内管２から外管３への熱伝達を促すようにすることができ、内管２の熱を外管３に伝達して、内管２を積極的に冷却することができる。したがって、真空層４の真空状態を維持したまま断熱性能を調整することができ、真空断熱炉１の加熱冷却処理の効率を向上させることができる（図２Ｂ）。
【００３６】
＜第３の実施形態＞
図３Ａ及び図３Ｂは、第３の実施形態に係わる真空断熱炉の断面図であり、図３Ａは、磁力ＯＦＦの状態を示す図、図３Ｂは、磁力ＯＮの状態を示す図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００３７】
本実施形態において特徴的なことは、所定量の磁性体粉体１１を収容した収容皿１５を内管２の最上部に配置し、外管３の上方に配置した磁気発生手段５により磁性体粉体１１を引き上げるように移動させて内管２と外管３の両方を接触した連結状態とする構成としたことである。本実施形態では、磁性体粉体１１は、複数の鉄球により構成されている。
【００３８】
磁気発生手段５は、外管３の上方に配置されており、図３Ｂに示すように、磁気発生手段５が磁気を発生させている磁力ＯＮの状態で磁力線Ｆが外管３と内管２を径方向に貫通して延びるように配置されている。
【００３９】
収容皿１５は、内管２の最上部に配置されており、所定量の磁性体粉体１１を収容している。磁性体粉体１１は、磁気発生手段５が磁気を発生させていない場合（磁力ＯＦＦの場合）には収容皿１５内に溜まって外管３との間に所定の間隔を開けて配置され、内管２のみに接触した切り離し状態とされる。したがって、内管２と外管３との断熱性を高く維持することができる（図３Ａ）。
【００４０】
一方、磁気発生手段５が磁気を発生させている場合（磁力ＯＮの場合）には磁気発生手段５の磁力によって駆動されて移動し、磁力線Ｆに沿って並ぶように配列される。そして、収容皿１５から立ち上がって上端が外管３に接触し、内管２と外管３の両方に接触した連結状態とされる。したがって、内管２と外管３との間は磁性体粉体１１及び収容皿１５を介して熱的に接続され、磁性体粉体１１を通して内管２の熱を外管３に伝達して、内管２を積極的に冷却することができる。したがって、真空層４の真空状態を維持したまま断熱性能を調整することができ、真空断熱炉１の加熱冷却処理の効率を向上させることができる（図３Ｂ）。
【００４１】
＜参考実施形態＞
図４Ａ及び図４Ｂは、参考実施形態に係わる真空断熱炉の断面図であり、図４Ａは、磁力ＯＦＦの状態を示す図、図４Ｂは、磁力ＯＮの状態を示す図、図４Ｃは、断熱性能調整手段の斜視図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００４２】
本実施形態において特徴的なことは、断熱性能調整手段１０として、真空層４内に磁力により開閉する反射板２１を設けたことである。
【００４３】
磁気発生手段５は、外管３の下方に配置されており、磁気発生手段５が磁気を発生させている磁力ＯＮの状態で磁力線Ｆが外管３と内管２を径方向に貫通して延びるように配置されている。
【００４４】
断熱性能調整手段１０は、外管３の最下部に設けられている。断熱性能調整手段１０は、内管２から外管３に向かって放射される赤外線を反射する反射板２１を有している。反射板２１は、非磁性体であるアルミニウム合金の板状部材により構成されている。反射板２１には、回転軸２２が取り付けられており、一対の支持部２３を介して外管３に回転可能に支持されている。回転軸２２は、回転軸２２から反射板２１の他方端部までの長さの方が反射板２１の一方端部までの長さよりも長くなるように、反射板２１の長手方向中央から一方端部側に若干偏倚した位置に取り付けられている。そして、反射板２１の一方端部には、磁性体である鉄片２４が取り付けられている。
【００４５】
反射板２１は、回転軸２２よりも他方端部側の方が長く、一方端部側よりも重くなっている。したがって、他方端部側の方が一方端部側よりも下がる方向に回転するように付勢されている。反射板２１は、ストッパ２５によって回転範囲が規制されており、磁力ＯＦＦの状態では、一方端部がストッパ２５に当接して、真空層４を径方向内管側と外管側とに仕切るように水平状態に保持される。
【００４６】
そして、磁力ＯＮの状態では、反射板２１に取り付けられている鉄片２４が磁気発生手段５の磁力によって引っ張られる。したがって、反射板２１は、一方端部側が下方に移動しかつ他方端部側が上方に移動する方向に回転し、真空層４内で内管２と外管３の径方向に沿って延びるように垂直状態に保持される。
【００４７】
図４Ａに示すように、磁気発生手段５が磁力ＯＦＦの場合、反射板２１は、水平に保持され、内管２から外管３に向かって放射される赤外線を、再び内管２に向かって反射する。したがって、内管２と外管３との断熱性を高く維持することができる。
【００４８】
一方、図４Ｂに示すように、磁気発生手段５が磁力ＯＮの場合、反射板２１は、垂直に保持され、内管２の赤外線を外管３に放射することができる。したがって、内管２から外管３への熱伝達を促すようにすることができ、内管２の熱を外管３に伝達して、内管２を積極的に冷却することができる。したがって、真空層４の真空状態を維持したまま断熱性能を調整することができ、真空断熱炉１の加熱冷却処理の効率を向上させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態及び参考実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の各実施形態では、磁気発生手段５を外部に設けた場合を例に説明したが、磁気発生手段５を内管２の内側に配置し、磁性体粉体１１や鉄板１２を内管２の内側から磁力により駆動し、内管２と外管３の両方に接触した連結状態とする構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  真空断熱炉
２  内管（内壁）
３  外管（外壁）
４  真空層
５  磁気発生手段
１０  断熱性能調整手段
１１  磁性体粉体
１２  鉄板
１３  バネ
【図１Ａ】
2018124023.tif 000003
【図１Ｂ】
2018124023.tif 000004
【図２Ａ】
2018124023.tif 000005
【図２Ｂ】
2018124023.tif 000006
【図３Ａ】
2018124023.tif 000007
【図３Ｂ】
2018124023.tif 000008
【図４Ａ】
2018124023.tif 000009
【図４Ｂ】
2018124023.tif 000010
【図４Ｃ】
2018124023.tif 000011