(57)【要約】【課題】内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供すること。【解決手段】本発明にかかる加熱炉用断熱壁体１は、開口面２ｂに沿って内側に延びる環状のフランジ２１を有する筒状かつ有底の外筒２と、外筒２の内側に配置され、開口面３ｂに沿って外側に延びる環状のフランジ３１を有する筒状かつ有底の内筒３と、外筒２の外側においてフランジ２１とフランジ３１とに挟持され、外筒２と内筒３とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状の弾性シール材５と、を備え、弾性シール材５は、環状の弾性体５１と、弾性体５１の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体５２と、を有し、複数の繊維体５２が環状の弾性体５１の厚み方向に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１開口面に沿って内側に延びる環状の第１フランジを有する筒状かつ有底の外筒と、
前記外筒の内側に配置され、第２開口面に沿って外側に延びる環状の第２フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、
前記外筒の外側において前記第１フランジと前記第２フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状の弾性シール材と、を備え、
前記弾性シール材は、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体とを有し、前記複数の繊維体が環状の弾性体の厚み方向に配置されている、
加熱炉用断熱壁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱炉用断熱壁体に関する。
【背景技術】
【０００２】
底を有する内筒が、同じく底を有する外筒の内側に配置され、内筒と外筒とが開口部側において封止され、内筒と外筒との間隙に減圧状態の空間が形成された真空断熱容器が知られている。このような真空断熱容器は、例えば加熱炉用断熱壁体として用いることができる。
【０００３】
特許文献１には、金属製の内筒と金属製の外筒とを備え、内筒と外筒とが開口部側において溶接によって接合された真空断熱容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１９１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような金属製の内筒と外筒とを備える真空断熱容器を、加熱炉など内筒の温度が外筒の温度に比べて大きく変動する条件下で使用する場合、熱膨張によって内筒の寸法が外筒の寸法に比べて大きく変動する。このため、内筒と外筒との接合部分にせん断応力が働き、内筒と外筒との接合部分が破損する恐れがある。また、外筒と内筒が直接接合されていると、熱伝導によって内筒の熱が外筒に漏れてしまうため、断熱性を十分に高めることが難しい。このような問題を解決するために、真空断熱容器を加熱炉用断熱壁体として用いる場合に、環状の弾性体をシール材として用いることがある。
【０００６】
しかしながら、環状の弾性体をシール材として用いた場合は、下記のような問題が発生する。以下、図９および図１０を参照して本発明の課題について説明する。
【０００７】
図９は、従来の加熱炉用断熱壁体１００の構成について説明する模式図である。図９に示すように、加熱炉用断熱壁体１００は、外筒１０２、内筒１０３、弾性シール材１０５、ポート１０６、真空ポンプ１０７、空間１０８、モーター１９１、カップリング１９４、およびファン１９７を備える。
【０００８】
外筒１０２および内筒１０３は、筒状であり、底を有する。内筒１０３は外筒１０２の内側に配置されており、かつ、内筒１０３の開口面１０３ｂは外筒１０２の開口面１０２ｂよりも外側に配置されている。外筒１０２の開口部にはフランジ１２１が設けられている。また、内筒１０３の開口部にはフランジ１３１が設けられている。フランジ１２１とフランジ１３１との間には弾性シール材１０５が設けられている。これにより、外筒１０２と内筒１０３とで形成される空間が封止される。
【０００９】
図９に示す加熱炉用断熱壁体１００のように、加熱炉用断熱壁体１００の内部にファン１９７を設ける場合は、外筒１０２の外部にモーター１９１を設け、内筒１０３の内部にファン１９７を設け、モーター１９１の動力をモーター軸１９３、カップリング１９４、及びファン軸１９５を介してファン１９７に伝達する。このとき、モーター１９１及びモーター軸１９３は外筒１０２に取り付けられたブラケット１９２に固定され、ファン軸１９５及びファン１９７は内筒１０３に取り付けられたブラケット１９６に固定される。
【００１０】
外筒１０２と内筒１０３と弾性シール材１０５とで形成される空間１０８は、ポート１０６を介して真空ポンプ１０７を用いて排気されることにより減圧状態とされる。空間１０８が減圧状態となると、図１０に示すように、外筒１０２と内筒１０３にはｘ軸方向（長手方向）において互いに近づくような力が働き、これにより弾性シール材１０５が圧縮される。
【００１１】
このように、真空引きによって弾性シール材１０５が圧縮されると、外筒１０２と内筒１０３との長手方向における相対的な位置がずれるため、図１０で示されるように、モーター軸１９３とファン軸１９５とが真空引き前に比べて大きくずれる。このため、軸のずれによって騒音や振動等が発生し、ファン１９７の駆動状態が不安定になる恐れがある。
【００１２】
そこで、弾性シール材１０５を応力に対して変形しにくい材料（弾性率が高く、剛性が高い材料）で構成すれば、真空引きによる弾性シール材１０５の圧縮を抑えることが可能である。しかしながら、内筒１０３が高温になると内筒１０３が熱膨張し、それに伴って内筒１０３のフランジ１３１が外側に広がり、弾性シール材１０５にはせん断応力（図７のＦ２、Ｆ３参照）が働く。このため、弾性シール材１０５を変形しにくい材料で構成した場合は、弾性シール材１０５が十分に変形しないため、外筒１０２に対する内筒１０３の変位を弾性シール材１０５で吸収できなくなり、場合によっては内筒１０３の熱膨張時に十分なシール性を確保することができない。
【００１３】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁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】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、加熱炉用断熱壁体であって、第１開口面に沿って内側に延びる環状の第１フランジを有する筒状かつ有底の外筒と、前記外筒の内側に配置され、第２開口面に沿って外側に延びる環状の第２フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、前記外筒の外側において前記第１フランジと前記第２フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状の弾性シール材と、を備える。前記弾性シール材は、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体と、を有し、前記複数の繊維体が環状の弾性体の厚み方向に配置されている。
【００１５】
本発明にかかる加熱炉用断熱壁体では、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体と、を用いて弾性シール材を構成している。圧縮応力を受けた際、弾性シール材に含まれている繊維体は、環状の弾性体の変形を抑制するように働く。よって、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれ（つまり、弾性シール材が圧縮されることによる位置ずれ）を抑制することができる。一方、内筒が熱膨張によって変位すると、外筒と内筒との間に寸法差が生じ、弾性シール材はせん断応力を受ける。せん断応力を受けた際、弾性シール材に含まれている繊維体は、環状の弾性体と共に変位するので、弾性シール材は熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することができる。よって、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】弾性シール材の、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】弾性シール材の一部を拡大した拡大図である。
【図５】実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。
【図６】弾性シール材が圧縮応力を受けている状態を示す拡大図である。
【図７】実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体において内筒が熱膨張している状態を示す模式図である。
【図８】弾性シール材がせん断応力を受けている状態を示す拡大図である。
【図９】従来の加熱炉用断熱壁体を示す模式図である。
【図１０】従来の加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１の構成について説明する模式図である。図１に示すように、加熱炉用断熱壁体１は、外筒２、内筒３、弾性シール材５、ポート６、真空ポンプ７、空間８を備える。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う加熱炉用断熱壁体１の断面図である。なお、図２の断面図では、フランジ２１、ポート６、および真空ポンプ７についても図示している。
【００１９】
外筒２および内筒３は、筒状であり、底を有する。具体的に説明すると、外筒２はｘ軸方向（長手方向）に伸びる筒状の構造体であり、ｘ軸方向マイナス側に底を有し、ｘ軸方向プラス側に開口面２ｂを有する。外筒２の開口面２ｂ（第１開口面）は、ｙｚ面と平行な面（換言すると、外筒２の長手方向に垂直な面）である。
【００２０】
内筒３はｘ軸方向（長手方向）に伸びる筒状の構造体であり、ｘ軸方向マイナス側に底を有し、ｘ軸方向プラス側に開口面３ｂを有する。内筒３の開口面３ｂ（第２開口面）は、ｙｚ面と平行な面（換言すると、内筒３の長手方向に垂直な面）である。
【００２１】
内筒３は外筒２の内側に配置されており、かつ、内筒３の開口面３ｂは外筒２の外側（つまり、外筒２の開口面２ｂよりもｘ軸方向プラス側）に配置されている。外筒２の外側は外気であり、内筒３の内側は収容空間４である（図２参照）。外筒２および内筒３は、例えば、ステンレス鋼、鉄鋼を用いて構成することができる。外筒２および内筒３を構成する材料は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００２２】
外筒２の開口部（ｘ軸方向プラス側の端部）にはフランジ２１（第１フランジ）が設けられている。フランジ２１は、環状（図２参照）であって、かつ、外筒２の開口部側の端部から開口面２ｂに沿って内側に延びている。また、内筒３の開口部（ｘ軸方向プラス側の端部）にはフランジ３１（第２フランジ）が設けられている。フランジ３１は、環状であって、かつ、内筒３の開口部側の端部から開口面３ｂに沿って外側に延びている。環状の加熱炉用断熱壁体１において十分な断熱性を確保するために、外筒２と内筒３は、フランジ部分も含めて互いに直接接触することがない寸法に設計されることが望ましい。例えば、フランジ２１の内径２ｃは開口面２ｂにおける内筒３の外径３ｃよりも大きいことが望ましい。
【００２３】
フランジ２１とフランジ３１との間には弾性シール材５が挟持されている。弾性シール材５は環状（図２参照）であり、外筒２と内筒３とで形成される空間を外気から封止している。つまり、弾性シール材５は、フランジ２１およびフランジ３１と弾性シール材５との間に生じる摩擦力によって外筒２と内筒３とで形成される空間を封止している。外筒２と内筒３と弾性シール材５とで形成される空間８は、ポート６を介して真空ポンプ７によって減圧されることにより、減圧状態とされる。
【００２４】
図３は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う弾性シール材５の断面図である。図４は、図１における弾性シール材５の一部を拡大した拡大図である。
【００２５】
図３に示すように、弾性シール材５は、環状の弾性体５１と、複数の繊維体５２と、を有する。複数の繊維体５２は、弾性体５１の内部に設けられており、内側から外側に向かって放射状に配向している。また、図４に示すように、繊維体５２は、弾性体５１の内部において、弾性体５１の厚み方向（長手方向）に並ぶ複数の繊維体５２がｙｚ平面と略平行になるように配置されている。
【００２６】
弾性体５１は、外筒２および内筒３を構成する材料よりも熱伝導率が低く、弾性限界が大きく、かつ弾性率が低い材料（変形しやすい材料）で構成される。例えば、弾性体５１はシリコーンゴムやフッ素ゴムを用いて構成することができる。繊維体５２は弾性率が高い材料（変形しにくい材料、剛性が高い材料）で構成されることが望ましく、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を用いて構成することができる。さらに、繊維体５２を構成する材料は、繊維体５２と弾性体５１との間で生じる摩擦力が大きくなるように加工され、弾性体５１との密着性が高いことが好ましい。弾性体５１と繊維体５２との間には摩擦力が生じるため、弾性シール材５が外部から力を受けて変形する場合には、弾性体５１と繊維体５２は互いの変形および移動に合わせて変形および移動する。
【００２７】
例えば、弾性シール材５は、環状の金型に複数の繊維体を配置した後、金型に液状のゴムを流し込んで固化することで形成することができる。
【００２８】
本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体は、例えば収容空間４にヒータを設けて加熱炉として用いられる。このため、収容空間４が高温になり、内筒３も高温状態になる。しかし、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体１では、外筒２と内筒３との間に熱伝導率の低い弾性シール材５を設けている。よって、内筒３は熱伝導率の低い弾性シール材５のみを介して外筒２に接しており、かつ、空間８は減圧状態であるから、内筒３から外筒２に伝わる熱量は、内筒３と外筒２とが直接接合された真空断熱容器に比べて少ない。このような構成により、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体は、十分な断熱性を保つことができる。
【００２９】
次に、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体を真空引きした際の挙動について図５および図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。図６は、弾性シール材が圧縮されている状態を示す拡大図である。
【００３０】
図５に示すように、真空ポンプ７を用いて空間８を真空引きすると、空間８が減圧状態となる。このように空間８が減圧状態になると、外筒２と内筒３にはｘ軸方向（長手方向）において互いに近づくような力が働く。それにより、弾性シール材５は、ｘ軸方向に働く圧縮応力Ｆ１を受けて、圧縮される。このように弾性シール材５に圧縮応力Ｆ１が働くと、図６に示すように、弾性体５１はｙｚ面と平行に延びるように変形しようとする。一方、繊維体５２は伸縮しにくい材料で構成されているため弾性体５１に合わせてｙｘ面と平行方向に延びることができない。ここで、弾性体５１と繊維体５２との間には摩擦力が働いているので、弾性体５１のｙｚ面と平行方向における変形を繊維体５２により抑えることができる。したがって、真空引きによって弾性シール材５が圧縮されるとき、外筒２と内筒３との長手方向における相対的な位置のずれは抑えられる。
【００３１】
次に、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の内筒が熱膨張した際の挙動を図７および図８を参照して説明する。
【００３２】
図７に示すように、例えば収容空間４に設けられているヒータ（不図示）を用いて収容空間４が加熱されると、収容空間４の熱が内筒３に伝わり、内筒３は熱膨張する。特に、内筒３のフランジ３１は熱膨張によって径方向外向きに膨張する。図７では加熱前の内筒３の状態を破線で示している。一方、外筒２は弾性シール材５を介して内筒３に接しているため、内筒３の熱は外筒２にはほとんど伝わらない。したがって、内筒３が熱膨張しても、外筒２およびフランジ２１はほとんど熱膨張しない。このため、内筒３の熱膨張によってフランジ３１が径方向外向きに広がると、フランジ３１と弾性シール材５との間に生じる摩擦力は、弾性シール材５に径方向外向きのせん断応力Ｆ３として働く。また、フランジ２１と弾性シール材５との間に生じる摩擦力は、弾性シール材５に径方向内向きのせん断応力Ｆ２として働く。このようにせん断応力Ｆ２、Ｆ３を受けると、弾性シール材５は、せん断応力Ｆ２、Ｆ３に応じてせん断変形する。
【００３３】
つまり、せん断応力Ｆ２およびせん断応力Ｆ３を受けると、図８に示すように、弾性体５１は径方向外向きにせん断変形する。このとき繊維体５２も弾性体５１のせん断変形に伴って移動する。換言すると、せん断応力Ｆ２およびせん断応力Ｆ３を受けると、弾性体５１および繊維体５２は共にｙｚ面と平行方向に変位する。よって、弾性シール材５が圧縮応力を受けた場合とは異なり、繊維体５２は、弾性体５１に対して変形を抑える方向に力を及ぼさない。したがって、弾性シール材５は、内筒３が熱膨張した際に十分にせん断変形することができ、外筒２に対する内筒３の変位を吸収することができる。これにより、十分なシール性を確保することができる。
【００３４】
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。
【００３５】
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、上記では収容空間４が加熱される加熱炉用断熱壁体に本発明を適用した場合について説明した。しかし本発明は収容空間４の温度を保つ断熱容器であればどのような技術にも適用することができる。例えば本発明は、収容空間４が冷却される断熱壁体等に適用することができる。
【００３６】
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１００  加熱炉用断熱壁体
２、１０２  外筒
２１、１２１  フランジ
２ｂ、１０２ｂ  開口面
２ｃ  内径
３、１０３  内筒
３１、１３１  フランジ
３ｂ、１０３ｂ  開口面
３ｃ  外径
４  収容空間
５、１０５  弾性シール材
５１  弾性体
５２  繊維体
６、１０６  ポート
７、１０７  真空ポンプ
８、１０８  空間
１９１  モーター
１９２、１９６  ブラケット
１９３  モーター軸
１９４  カップリング
１９５  ファン軸
１９７  ファン
【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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【図９】
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【図１０】
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