(57)【要約】【課題】内管から支持部材を介した外管への熱伝達を抑制する減圧二重断熱壁構造体の提供。【解決手段】減圧二重断熱壁構造体（１０、２０）は、外管（２）と内管（３）を備える。内管（３）は、底（３ａ）と、開口端部（３ｃ）と、内管（３）の開口端部（３ｃ）から内管（３）の径方向外側に延びる内管フランジ（３ｄ）とを含む。外管（２）は、底（２ａ）と、開口端部（２ｃ）と、外管（２）の開口端部（２ｃ）から外管（２）の径方向内側に延びる外管フランジ（２ｄ）とを含む。内管フランジ（３ｄ）と外管フランジ（２ｄ）とは対向している。内管（３）と外管（２）との間の空間（８１）が減圧されている。減圧二重断熱壁構造体（１０、２０）は、内管フランジ（３ｄ）と外管フランジ（２ｄ）との間に配置した複数のジルコニアボール（５）を備え、複数のジルコニアボール（５）が、内管（３）を支持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、当該外管の内側に配置される内管と、を備え、
当該内管は、底と、開口端部と、当該内管の開口端部から当該内管の径方向外側に延びる内管フランジと、を含み、
当該外管は、底と、開口端部と、当該外管の開口端部から当該外管の径方向内側に延びる外管フランジと、を含み、
当該内管フランジと当該外管フランジとは、対向し、
当該内管と当該外管との間の空間が減圧された減圧二重断熱壁構造体であって、
前記対向する前記内管フランジと前記外管フランジとの間に配置した複数のジルコニアボールを備え、
前記複数のジルコニアボールが、前記内管を支持する、
減圧二重断熱壁構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧二重断熱壁構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内容器と、外容器とを、それぞれの上部開口を接合した減圧二重断熱壁構造体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
ところで、内管が外管から所定の間隔を空けるように、支持部材が内管を支持する減圧二重断熱壁構造体がある。このような減圧二重断熱壁構造体では、熱が内管から支持部材を介して外管へ移動し、断熱性が損なわれる。
【０００５】
本発明は、内管から支持部材を介した外管への熱伝達を抑制するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る減圧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、を備え、
当該内管は、底と、開口端部と、当該内管の開口端部から当該内管の径方向外側に延びる内管フランジと、を含み、
当該外管は、底と、開口端部と、当該外管の開口端部から当該外管の径方向内側に延びる外管フランジと、を含み、
当該内管フランジと当該外管フランジとは、対向し、
当該内管と当該外管との間の空間が減圧された減圧二重断熱壁構造体であって、
前記対向する前記内管フランジと前記外管フランジとの間に配置した複数のジルコニアボールを備え、
前記複数のジルコニアボールが、前記内管を支持する。
このような構成によれば、複数のジルコニアボールが、機械的強度を有するため、内管を外管から所定の間隔を空けるように支持することができる。また、ジルコニアボールは、球形状を備えるため、内管フランジと外管フランジと点接触又は点接触に近い状態で接触する。よって、ジルコニアボールと内管フランジとの接触面積と、ジルコニアボールと外管フランジとの接触面積とが小さいため、内管から支持部材を介した外管への熱伝達経路の断面積が小さい。したがって、この熱伝達経路の熱伝達を抑制する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、内管から支持部材を介した外管への熱伝達を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る減圧二重断熱壁構造体の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る減圧二重断熱壁構造体の断面図である。
【図３】実施の形態１に係る減圧二重断熱壁構造体の要部の模式図である。
【図４】実施の形態１に係る減圧二重断熱壁構造体の一変形例の断面図である。
【図５】実施の形態１に係る減圧二重断熱壁構造体の一変形例の要部の模式図である。
【図６】従来技術の減圧二重断熱壁構造体の断面図である。
【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、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図１〜図４、図６では、三次元ｘｙｚ座標系を規定した。
【００１０】
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して実施の形態１について説明する。
【００１１】
図１に示すように、減圧二重断熱壁構造体１０は、外管２と、内管３と、ベローズ４と、ジルコニアボール５とを備える。
【００１２】
外管２は、底２ａと、底２ａから筒状に延びる側壁２ｂと、側壁２ｂの開口端部２ｃから外管２の径方向内側に延びる外管フランジ２ｄとを含む。
【００１３】
内管３は、外管２の内側に配置される。内管３は、底３ａと、底３ａから筒状に延びる側壁３ｂと、側壁３ｂの開口端部３ｃから内管３の径方向外側に延びる内管フランジ３ｄとを含む。内管３の側壁３ｂは、外管２の外管フランジ２ｄの端面２ｅと対向する。内管３は、高温のワーク、例えば、アルミニウム等の金属溶湯を保持する。内管３は、高温のワークに耐えることのできる構造用材料からなるとよく、例えば、ステンレスからなる。
【００１４】
ベローズ４は、蛇腹形状を備える筒状体であり、可撓性を有する。ベローズ４は、内管フランジ３ｄの端部３ｅと外管フランジ２ｄとの間に配置されて、端部３ｅと外管フランジ２ｄとの間を塞ぐ。
【００１５】
ジルコニアボール５は、ジルコニア（ＺｒＯ２）、又はジルコニアを含む材料からなる略球状体である。ジルコニアボール５は、内管フランジ３ｄと外管フランジ２ｄとの間に複数個配置している。内管フランジ３ｄと外管フランジ２ｄとは、ジルコニアボール５を介して、対向している。複数のジルコニアボール５は、内管フランジ３ｄが外管フランジ２ｄと所定の間隔を空けるよう、内管３を支持する。言い換えると、内管フランジ３ｄが、外管フランジ２ｄと所定の間隔を空けるよう、内管３は、複数のジルコニアボール５を介して外管２に配置される。ジルコニアボール５は、略球形状を備えるため、外管フランジ２ｄ及び内管フランジ３ｄと点接触、又は点接触に近い接触状態で接触する。よって、外管フランジ２ｄとジルコニアボール５との接触面積、及び内管フランジ３ｄとジルコニアボール５との接触面積は小さい。
【００１６】
なお、減圧二重断熱壁構造体１０を組み立てる場合、図３に示すように、ジルコニアボール５を直方形状のワックス１に包んだ状態のまま、ワックス１ごと内管フランジ３ｄと外管フランジ２ｄとに配置する。ワックス１は、直方体状であることから、略球形状のジルコニアボール５よりも転がり難いため、容易に外管フランジ２ｄに配置することができる。そのため、ジルコニアボール５が転がって外管フランジ２ｄの所定の位置から離れることを抑制することができる。減圧二重断熱壁構造体１０を組み立てた後、内管３を昇温させ、内管３と外管２との間の空間８１を減圧することによって、ワックス１を除去する。
【００１７】
内管３と外管２との間の空間８１が減圧されており、空間８１の気圧は、大気圧よりも低い。真空ポンプ７がパイプ６を介して外管２に設けられている。真空ポンプ７が、空間８１の気体を排出させて、空間８１を減圧する。空間８１が減圧されると、大気圧によって力Ｆ１が内管３にかかる。しかし、ジルコニアボール５が、所定の機械的強度を有することから、内管３へ力Ｆ１に対する反力を与えるため、内管フランジ３ｄが外管フランジ２ｄと所定の間隔を空けるように内管３を支持することができる。
【００１８】
ここで、減圧二重断熱壁構造体１０を用いて、大気温度よりも高い温度のワーク（図示略）を保持する方法について説明する。内管３に囲まれる空間８２には、大気温度よりも高い温度のワークが配置される。内管３は、ワークから熱を伝達されて、熱が内管３の各部位に伝導し、内管３の各部位の温度も高まる。よって、内管フランジ３ｄの温度も高まる。熱が内管フランジ３ｄからジルコニアボール５を介して外管フランジ２ｄへ伝わる熱移動経路がある。この熱移動経路では、まず、熱が内管フランジ３ｄからジルコニアボール５へ移動する。外管フランジ２ｄとジルコニアボール５との接触面積が小さいため、外管フランジ２ｄからジルコニアボール５への熱伝達が抑制される。さらに、熱がジルコニアボール５から外管フランジ２ｄへ伝達する。外管フランジ２ｄとジルコニアボール５との接触面積が小さいため、ジルコニアボール５から外管フランジ２ｄへの熱伝達が抑制される。以上より、内管フランジ３ｄからジルコニアボール５を介して外管フランジ２ｄへの熱伝達が抑制され、熱が外管フランジ２ｄへ殆ど伝達しない。
【００１９】
なお、内管３が熱膨張しても、ベローズ４がこの熱膨張に伴って変形し、端部３ｅと外管フランジ２ｄとの間を塞ぎ続けるため、空間８１の気圧を維持する。そのため、熱が内管３から空間８１を介して外管２へ移動し難い。よって、外管２は、内管３から断熱されているため、減圧二重断熱壁構造体１０は、良好な断熱性を有する。
【００２０】
（実施の形態１の一変形例）
図４に示すように、減圧二重断熱壁構造体１０（図１〜図３参照）の一変形例である減圧二重断熱壁構造体２０がある。減圧二重断熱壁構造体２０は、サイアロンプレート５１、５２を含むところを除いて、減圧二重断熱壁構造体１０と同じ構成を備える。
【００２１】
減圧二重断熱壁構造体２０は、サイアロンプレート５１、５２を含む。サイアロンプレート５１、５２は、サイアロン、又はサイアロンを含む材料からなる円板状体である。サイアロンは、Si-Al-O-N系化合物である。サイアロンプレート５１は、内管フランジ３ｄとジルコニアボール５との間に挟みこまれている。サイアロンプレート５２は、外管フランジ２ｄとジルコニアボール５との間に挟みこまれている。
【００２２】
図５に示すように、ジルコニアボール５は、サイアロンプレート５１と、サイアロンプレート５２との間に挟みこまれる。サイアロンプレート５１、５２は、所定の機械的強度、又は硬度を有するため、ジルコニアボール５が、外管２の外管フランジ２ｄと、内管３の内管フランジ３ｄとにめり込むことを抑制することができる。これによって、ジルコニアボール５は、サイアロンプレート５１、５２と点接触、又は点接触に近い接触状態で接触したままなので、サイアロンプレート５１とジルコニアボール５との接触面積、及びサイアロンプレート５２とジルコニアボール５との接触面積は小さいままである。よって、熱が内管フランジ３ｄからジルコニアボール５、サイアロンプレート５１、５２を介して外管フランジ２ｄへの熱伝達が抑制される。
【００２３】
（実施例の接触面積の計算例）
次に、減圧二重断熱壁構造体２０の実施例において、ジルコニアボールとサイアロンプレートとの接触面積を計算した例について説明する。
【００２４】
本実施例では、ジルコニアボールが大気圧とワークと内管とにより受ける重量は、３０００Ｎとし、当該ジルコニアボールの直径は、２５ｍｍとした。当該ジルコニアボールの個数は、ジルコニアボールに押下されたサイアロンプレートが破壊しない個数に設定した。ヘルツの接触応力の式より、ジルコニアボールが60個のときサイアロンプレートに発生するヘルツ面圧の最大値は1956MPaであり、サイアロンの圧縮強度（2000MPa）を下回る。ここで、計算条件は、ジルコニアの縦弾性率２００ＧＰａ、ジルコニアのポアソン比０．３１、サイアロンの縦弾性率２００ＧＰａ、サイアロンのポアソン比０．３である。ジルコニアボール１個当たりのサイアロンプレートとの接触面積は、ヘルツの接触応力の式を用いて、求められる。本実施例では、当該接触面積は、０．３５ｍｍ２であった。
実施例における接触面積Ａ１は、以下の式により、２１ｍｍ２である。
Ａ１＝０．３５［ｍｍ２/個］×６０［個］＝２１［ｍｍ２］
【００２５】
次に、比較例におけるジルコニアボールとサイアロンプレートとの接触面積の計算について説明する。比較例に係る減圧二重断熱壁構造体は、図６に示す減圧二重断熱壁構造体９０と同じ構成を備える。減圧二重断熱壁構造体９０は、ジルコニアボール５と、サイアロンプレート５１、５２とを具備しない一方、耐火煉瓦９９を具備するところを除いて、減圧二重断熱壁構造体２０（図４参照）と同じ構成を有する。
【００２６】
比較例において、耐火煉瓦９９に相当する構成として、所定の耐火煉瓦（イソライト工業製  Ｃ類  Ｃ１）を用いた。当該耐火煉瓦は圧縮強度４．４ＭＰａを有する。ジルコニアボールが大気圧とワークと内管とにより受ける重量３００００Ｎに耐えるジルコニアボールとサイアロンプレートとの接触面積Ａ９は、以下の式によって、求められる
Ａ９＝３００００［Ｎ］／４．４［ＭＰａ］
＝３００００［Ｎ］／４．４［Ｎ/ｍｍ２］
＝６８１８ｍｍ２
よって、上記した実施例における接触面積Ａ１（２１ｍｍ２）は、当該比較例における接触面積Ａ９（６８１８ｍｍ２）と比較して、格段に小さい。
【００２７】
また、ジルコニアの熱伝導率３［Ｗ／ｍｋ］は、耐火煉瓦の熱伝導率０．５［Ｗ／ｍｋ］よりも高いため、ジルコニアボールは、耐火煉瓦よりも高い熱伝導率を有する。そのため、比較例の断熱性が実施例の断熱性よりも高い可能性を有すると、形式的には考えられる。しかし、内管フランジとジルコニアボールとの間、及び外管フランジとジルコニアボールとの間の熱伝達が、支持部材の熱伝導率と比較して大きな影響を断熱性に与えると考えられる。そのため、実施例の断熱性は、比較例の断熱性と比較して高いと考えられる。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１０、２０  減圧二重断熱壁構造体
２  外管
２ａ  底                                ２ｃ  開口端部
２ｄ  外管フランジ
３  内管
３ａ  底                                ３ｃ  開口端部
３ｄ  内管フランジ                      
４  ベローズ                            ５  ジルコニアボール
５１、５２  サイアロンプレート
８１、８２  空間
Ａ１  接触面積                          Ｆ１  力
Ｎ１  必要個数
【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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