(57)【要約】【課題】  高温領域で利用した場合でも、良好な断熱性能を維持することができる断熱材を実現する。【解決手段】  本発明に係る断熱材１は、第１外包材２、第２外包材３及び芯材４を含む断熱材であって、第１外包材２及び第２外包材３は、金属材料からなり、芯材４は、第１外包材２及び第２外包材３の間に挟持され、第１外包材２は、熱膨張の影響を吸収する緩衝部９を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１外包材、第２外包材及び芯材を含む断熱材であって、
前記第１外包材及び前記第２外包材は、金属材料からなり、
前記芯材は、前記第１外包材及び前記第２外包材の間に挟持され、
前記第１外包材は、熱膨張の影響を吸収する緩衝部を有することを特徴とする断熱材。
【請求項２】
前記緩衝部は、鋭角の折曲部であることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
前記第１外包材及び前記第２外包材の間は、真空状態であることを特徴とする請求項１または２に記載の断熱材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の断熱材を備え、
前記第１外包材は、高温側に配置されていることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温領域で使用可能な断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品の保温保冷から、工業機械さらには建築資材や宇宙開発の分野に至るまで、断熱材は非常に幅広い分野で用いられている。断熱材としては、非金属固体、特にプラスチックやゴムなどの樹脂からなる断熱材や、より高い断熱性能を有する繊維系断熱材や発泡断熱材を利用するものが一般的であり、その他には真空断熱材が知られている。
【０００３】
このような断熱材は、芯材を覆う外包材が有機材料で出来ているものが多く、１００℃以上の高温領域では外包材が溶解するなどの問題を有している。そこで、高温に対応するために断熱材を金属製の外包材によって構成することが考えられている。
【０００４】
特許文献１では、金属製真空断熱材が開示されており、図８（ａ）は、真空断熱材１００の正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した線Ａ−Ａに沿った真空断熱材１００の断面図である。真空断熱材１００は、互いに向かい合う金属製外包材１０１に包まれた、芯材部１０２を収納する収納部１０３、及び収納部１０３内を減圧状態に維持する封止接合部１０４を含み、互いに向かい合う金属製外包材１０１の少なくとも一方の内面には、真空断熱材の製造過程において収納部１０３内の空気を排出するための、封止接合部１０４から芯材部１０２に達する溝１０５を備えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２８８０３号公報（平成２１年１０月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように外包材を金属で形成した場合、高温側に配置される面と低温側に配置される面との間に熱による金属の膨張量に差異が生じるため、断熱材全体に高温側と低温側で膨張量の差異による応力が生じる。これにより、加熱室等の断熱空間を囲む壁面と真空断熱材の間に間隙が形成され、断熱性が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温領域で利用した場合でも、良好な断熱性能を維持することができる断熱材を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る断熱材は、第１外包材、第２外包材及び芯材を含む断熱材であって、第１外包材及び第２外包材は、金属材料からなり、芯材は、第１外包材及び第２外包材の間に挟持され、第１外包材は、熱膨張の影響を吸収する緩衝部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、緩衝部は、鋭角の折曲部であることを特徴としても良い。また、第１外包材及び第２外包材の間は、真空状態であることを特徴としても良い。
【００１０】
また、前記断熱材を備え、第１外包材は、高温側に配置されていることを特徴とする加熱装置を構成しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高温領域でも使用が可能である断熱材を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る断熱材の断面図である。
【図２】本発明に係る断熱材の正面図である。
【図３】本発明に係る第１外包材の断面図である。
【図４】高温時に膨張したときの断熱材の断面図である。
【図５】本発明に係る断熱材の第１外包材の製造方法を示す図である。
【図６】実施形態２に係る第１外包材及び断熱材を示す図である。
【図７】実施形態３に係る加熱装置の断面図である。
【図８】特許文献１に係る金属製真空断熱材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１４】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る断熱材の断面図であり、図２は正面図である。断熱材１は、第１外包材２、第２外包材３及び芯材４を備えており、第１外包材２と第２外包材３の間に芯材４を挟持する構成である。図２において、芯材４は外包材に覆われているため破線で示した。断熱材１は、第１外包材２が高温側に配置され、第２外包材３が低温側に配置されるように使用する。
【００１５】
第１外包材２は、金属材料からなり、断熱材１の外包材の一方を構成している。図３は、実施形態１に係る第１外包材２の断面図である。第１外包材２は、面部５、側部６、開口部７及び接合部８から構成され、側部６、開口部７及び接合部８は、周辺の端部付近に形成される。接合部８は、第２外包材３と接合するための部位であり、開口部７の周辺に位置する。側部６は、面部５と接合部８の間に位置し、面部５は、開口部７より大きく設計されている。このように設計することによって、鋭角の折曲部であり、略Ｚ字形状の緩衝部９を形成することができる。緩衝部９は、高温時の第１外包材２の膨張を吸収する役割を有している。なお、接合部８は、別の方法により第１外包材２と第２外包材３を接合できる場合なくてもよい。
【００１６】
第２外包材３は、金属材料からなる金属薄板からなり、断熱材１の外包材の一方を構成している。第１外包材２及び第２外包材３は、熱伝導が小さければ小さいほど好ましいため、薄い金属板によって作製されることが好ましい。第１外包材２及び第２外包材３の熱伝導が小さければ、第１外包材２と第２外包材３との接合部８を通して伝わる熱量を少なくすることができる。しかし、金属板の厚さを０．２ｍｍ未満にすると、折れて破損する可能性があるため、厚さ０．２〜０．３ｍｍの金属板を用いることが好ましい。例えば、第１外包材２及び第２外包材３には、ステンレス、鉄、アルミ合金、銅等の耐熱性の高い金属が用いられる。
【００１７】
芯材４は、耐熱性及び断熱性に優れており、発泡体等の多孔質体、又は微粉末で構成されている材料からなり、例えば、グラスウール、ロックウール若しくはセラミックウール等が挙げられる。
【００１８】
第１外包材２及び第２外包材３は、互いの周囲を溶接等によって接合し、中空体として断熱材１の外包材を構成している。芯材４は、第１外包材２と第２外包材３の間の中空間に挟持されている。断熱性能を有する芯材４を第１外包材２と第２外包材３の間に配置することによって、中空間を伝って第１外包材２と第２外包材３の間で熱が伝播しにくくすることができる。
【００１９】
なお、昇温によって芯材４および外包材の内壁からガスが生じることを考慮して、内部に芯材４とともに水分や放出ガスを吸着するための吸着剤１０を合わせて収納することが好ましい。吸着剤１０は、アルミナ、ゼオライトなどのガス吸着剤や水分吸着剤等の吸着物質で、真空度を上げる作用や維持する作用があるものであれば良い。
【００２０】
また、第１外包材２と第２外包材３の間の中空間をほぼ真空状態としても良い。第１外包材２と第２外包材３の間を真空状態にすることによって、第１外包材２と第２外包材３の間で熱が対流や輻射によっては伝播しなくなるため、断熱性能を高めることができる。真空度は、１〜１００Ｐａであれば良いが、低圧であればあるほど断熱性は向上するため、なるべく低圧に設定するほうが好ましい。
【００２１】
第１外包材２の緩衝部９は、高温時の第１外包材２の膨張を吸収する役割を有していればよい。本実施形態では、緩衝部９は、鋭角の折曲部から構成される。
【００２２】
断熱材１は、高温状態を維持したい空間に第１外包材２側が面するように配置する。そのため、第１外包材２は、高温領域と同等の温度、例えば１００〜５００℃といった高温に上昇する。第１外包材２の熱は、第２外包材３と接合した接合部８を介して第２外包材３に伝導する。しかし、第１外包材２と第２外包材３の間には芯材４が収納されているため、第１外包材２の熱は対流や輻射によっては第２外包材３に伝播しにくい。したがって、第２外包材３の温度は、断熱材１が配置されている高温領域の温度よりも十分低い温度となり、第１外包材２の温度との間に大きな差が生じる。
【００２３】
このとき、第１外包材２は、高温側に配置されているため、膨張が生じるが、第２外包材３は、ほとんど膨張が生じない。第１外包材２が緩衝部９を有していないと、断熱材１全体が変形を生じたり、断熱材１の高温側に変形が生じたりする。例えば、第１外包材２側を凸とする反った形に変形する。その結果、断熱空間を囲む断熱材の間に開放した間隙が形成され、断熱性能が低下する問題が起こってしまう。
【００２４】
本発明では、第１外包材２は、高温側に配置されているが、緩衝部９で膨張を吸収するため、断熱材１は大きな変形を生じない。図４は、第１外包材２が高温により膨張したときの断熱材１の断面図である。図４のように、第１外包材２の面部５は膨張して大きくなるが、鋭角の折曲部である緩衝部９が膨張を緩和することによって、面部５は平面を維持している。この結果、断熱対象空間を囲む断熱材１の間に間隙が生じないため、良好な断熱性能を保つことができる。
【００２５】
以下では、断熱材１の製造方法の一例について説明する。まず、図５に基づいて第１外包材２の製造方法を示す。図５に示す矩形型の金属薄板２ａの点線に沿って切れ込みを入れ、４隅を取り除く。次に、実線に沿って山折り、一点鎖線に沿って谷折りにすることによって、緩衝部９を形成する。このとき４隅では、点線部が接するので、溶接等によって接合することによって、第１外包材２を形成する。
【００２６】
次に、第２外包材３、芯材４、第１外包材２の順に重ね、芯材４が第１外包材２と第２外包材３の間に収納される形にする。このとき、芯材４とともに吸着剤１０を配置しても良い。最後に、第１外包材２及び第２外包材３の互いの周囲を溶接等によって接合することで、断熱材１を作製する。
【００２７】
また、第１外包材２と第２外包材３の間の中空間をほぼ真空状態とする場合、真空炉等の真空空間にて第１外包材２と第２外包材３を接合すればよい。こうすることによって、第１外包材２と第２外包材３の間の中空間を真空状態にすることができる。このとき、真空空間ですべての接合を行っても良いし、あるいは、真空空間に入れる前に、第１外包材２及び第２外包材３の互いの周囲を、一部分を残して溶接等によって接合し、最後に、真空空間内で接合していない部分を接合しても良い。
【００２８】
以上説明したように、金属薄板からなる第１外包材２に緩衝部９を備えることによって、高温領域でも断熱性能を損なわずに使用可能である断熱材を実現することが可能となる。
【００２９】
〔実施形態２〕
実施形態２の断熱材は、実施形態１とは異なった第１外包材２を含んで構成されていること以外は、実施形態１の断熱材と同様の構成である。
【００３０】
断熱材１の製造方法の一例について説明する。まず、図６に基づいて第１外包材２の製造方法を示す。図６（ａ）に示す矩形型の金属薄板２ａの点線に沿って切れ込みを入れ、４隅を取り除く。次に、実線に沿って山折り、一点鎖線に沿って谷折りにし、４隅では、点線部が接するので、溶接等によって接合する。ここまでは実施形態１と同様である。そのあと、形成した金属薄板２ａと図６（ｂ）に示す中央に開口部を有する金属薄板２ｂを溶接等によって接合することによって、第１外包材２を形成する。金属薄板２ｂは、第１外包材２の接合部８を担うため、形成された第１外包材２は、実施形態１の第１外包材と異なり、４隅に接合部８を有する。
【００３１】
次に、実施形態１と同様に、第２外包材３、芯材４、第１外包材２の順に重ね、芯材４が第１外包材２と第２外包材３の間に収納される形にする。このとき、芯材４とともに吸着剤１０を配置しても良い。最後に、第１外包材２及び第２外包材３の互いの周囲を溶接等によって接合することで、図６（ｃ）に示すような断熱材１を作製する。このとき、第１外包材２と第２外包材３は、全周辺の端部付近で接合部８を形成することができるため、より堅固な断熱材を作成することができる。特に、第１外包材２と第２外包材３の間の中空間を真空状態にする場合、高い真空度を維持するためにも、金属薄板２ｂを含んで断熱材を作製する方が好ましい。
【００３２】
〔実施形態３〕
図７は、実施形態１あるいは２に記載の断熱材を搭載したオーブン等の加熱装置の断面図である。加熱装置１１は、加熱室１２内で処理物を、例えば１００〜５００℃の温度で熱処理を行うものである。
【００３３】
加熱装置１１は、内壁１３、複数の断熱材１、外壁１４及び加熱手段１５を含んで構成される。内壁１３は、加熱室１２を包囲する壁面であり、耐熱性に優れた金属材料からなる。内壁１３から構成される加熱室１２は、処理物が収納される空間であり、ヒータ等の加熱手段１５にて１００〜５００℃に加熱される。外壁１４は、加熱装置１１の外側を包囲する壁面であり、加熱装置１１が設置されている常温空間に面している。複数の断熱材１は、内壁１３と外壁１４の間で、第１外包材２が内壁１３に面するように配置する。このように配置することで、第１外包材２が高温側に面し、第２外包材３が低温側に面するため、第１外包材２と第２外包材３の間に大きな温度差が生じる。
【００３４】
このとき、第１外包材２は、熱により膨張を生じるが、緩衝部９でその膨張を吸収するため、断熱材１は大きな変形を生じない。この結果、断熱対象空間を囲む断熱材１の間に間隙が生じないため、加熱装置１１の加熱室１２内は良好な断熱性能を保つことができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【００３６】
また本発明に係る断熱材は、断熱効果を備えつけたい様々な機器、設備に搭載することができる。例えば、給湯機器、冷蔵庫、保冷箱はもちろん、加熱装置、加熱調理器、浴槽、自動車や電車等の車両、住宅、住宅設備機器などが挙げられる。
【符号の説明】
【００３７】
１  断熱材
２  第１外包材
２ａ  金属薄板
２ｂ  金属薄板
３  第２外包材
４  芯材
５  面部
６  側部
７  開口部
８  接合部
９  緩衝部
１０  吸着剤
１１  加熱装置
１２  加熱室
１３  内壁
１４  外壁
【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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