(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間で使用される断熱加熱容器を、内部に材料等を加熱する発熱体を有する加熱容器とその加熱容器の外面の全面に設ける熱電素子とにより構成し、熱電素子の内外端子面間への印加電圧を、熱流出時における容器内外の温度差に応じた熱起電力と同等の電圧として掛け、電圧の掛けられる前記熱電素子により加熱容器の外面からの放熱を制御可能としたことを特徴とする断熱加熱容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、断熱加熱容器に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、危険物を取り扱うグローブボックス等の密閉された空間での利用に特に有用な、新しい断熱加熱容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、危険物を取り扱うグローブボックス等の密閉された空間では材料等の加熱を行う場合、効率性や安全性の観点から大きな注意が払われている。一般的にこのような密閉空間で使用される加熱容器は内部に発熱体を備えており、例えば、図１に示すように、放熱を最小限にするためその加熱部分は断熱容器に入れている。このとき断熱容器の能力が有限であることから、必ず密閉空間内に放熱して温度上昇などの問題を生じたため、外面を断熱材で覆うことによって外部への放熱を防止し、さらには、加熱容器の安全性の観点から、水冷又は空冷装置等により加熱容器外面が高温になることを防止している。
【０００３】
このような断熱材を用いて放熱を防ぐ従来の方法は、たとえば図１に例示するように、加熱容器（１）内にヒーター（２）を設け、加熱容器（１）の外面に断熱材（３）を張り付け、加熱容器（１）内部を加熱するものである。しかしながら、たとえば、トリチウム等危険物を取り扱うグローブボックス等の密閉された空間においては、このような断熱材（３）を配設した加熱容器（１）を使用したとしても熱の放出を完全に防ぐことはできない。このため、密閉した空間内では著しく温度が上がる等の問題が避けられなかった。
【０００４】
つまり、断熱材（３）を通じて加熱容器（１）外部に単位時間に放出される熱量Ｑは、Ｑ＝ＣＡ（Ｔ１−Ｔ２）
で表される。Ｔ１は加熱容器（１）内部の温度であり、Ｔ２はその外面温度である。定常状態においてこの熱量が加熱容器外に放出される。そのため、ヒーター（２）等を利用して加熱容器内部の温度を維持する必要がある。断熱材が０に等しい熱伝導度を持たない限り、断熱材を通じての熱流束が０になることはない。
【０００５】
また、加熱容器（１）の外部から冷却水を供給してその外面を冷却し、加熱容器（１）からの放熱を最小限にとどめることもできるが、この場合は熱損失のために加熱電力容量が非常に大きくなり、決して効率性のよい方法とはいえないという欠点がある。特に、グローブボックス等の密閉された空間に冷却水等を循環して冷却する場合には、危険物の存在するグローブボックス内とその外部との間を冷却水が流通することになるため、冷却水を媒介として危険物の流出の可能性があり、また、万一冷却水配管が破断した場合には、加熱容器の異常温度上昇が生じ、さらに、冷却水が発熱体に接触した場合には水蒸気爆発を起こす危険性もある。このため、この方法は加熱容器（１）からの放熱防止の根本的な解決策とはなっていないばかりではなく、安全性にも大きな問題がある。
【０００６】
さらに、一般的に、外周に冷却部を持つ加熱容器の内部で発熱体により加熱を行なう場合、発熱体から冷却水へ向かう温度勾配のため、加熱容器内に大きな温度の不均一が生じる。そこで、これを解決するために、多数の発熱体を複雑に配置して個別に制御する装置や加熱容器内部でガスを循環させる装置等が必要となり、加熱装置の複雑化が避けられないという欠点がある。
【０００７】
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、トリチウム等の危険物を取り扱うグローブボックス等の密閉された空間にある加熱容器において、汚染物質の流出や水蒸気爆発等の危険性を根本的に解消し、断熱性能を制御し、加熱に必要なエネルギーを大幅に節約し、容器内の温度を均一とすることが可能な、新しい加熱容器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決するものとして、密閉空間で使用される断熱加熱容器を、内部に材料等を加熱する発熱体を有する加熱容器とその加熱容器の外面の全面に設ける熱電素子とにより構成し、熱電素子の内外端子面間への印加電圧を、熱流出時における容器内外の温度差に応じた熱起電力と同等の電圧として掛け、電圧の掛けられる前記熱電素子により加熱容器の外面からの放熱を制御可能としたことを特徴とする断熱加熱容器を提供する。
【０００９】
【作用】
この発明においては、加熱容器外壁面に設置した、熱電素子の内外端子間に、容器内外の温度差に応じて発生する熱流出時の熱起電力と同等の電圧を印加することで実質的に放熱をゼロとすることができる。また、熱電素子の内外端子間に後述するように別途印加するその電圧の制御により、断熱性能そのものの制御を可能とすることができる。このため、従来の断熱材を使用する加熱容器のように、断熱材固有の熱伝導度や形状の制約を受けず、かつ、冷却装置冷却水を循環する冷却装置に付随した汚染物質の流出や水蒸気爆発等の危険性をも根本的に解消し、安全性を確保した上で、加熱容器の断熱加熱を可能とすることができる。
【００１０】
以下実施例を示し、この発明の断熱加熱容器についてさらに詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
実際のこの発明の断熱加熱容器としては、たとえば図２に例示したものをひとつの態様として示すことができる。たとえばこの図２に例示したように、この発明の断熱加熱容器は、内部に発熱体（２）を有する加熱容器（１）とその外壁面に設けた熱電素子（４）とから構成される。そして、熱電素子（４）の内外面端子の間には、スイッチ（Ｓｗ）を短絡することによって電源（５）により電圧を印加し、熱電素子（４）の内外端子間に印加するその電圧を制御することにより、加熱容器（１）の外面を冷却することができる。
【００１２】
つまり、この発明は、従来から一般的に用いられている前記の断熱材（３）の代わりに熱電素子（４）を使用することに大きな特徴がある。この発明では、熱電素子（４）の電源（５）、スイッチ（Ｓｗ）を含む回路が開放されている時には、容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔが熱電素子（４）内に発生するが、熱電素子（４）の電源（５）を含む回路が、スイッチ（Ｓｗ）により短絡されたときには、制御されている電圧ｆ（Ｖ）が印加されるので、熱電素子（４）内の電圧は、当初の容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔのみによるものとは異なるものとなり、熱電素子（４）を通じての熱流束の挙動も異なるものとなる。
【００１３】
すなわち、上記の条件で、熱電素子（４）内に発生する熱起電力Ｖｔが容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じたものであり、熱電素子（４）の電源（５）を含む回路が短絡されている状態で、この回路から熱電素子（４）に印加される電圧ｆ（Ｖ）が制御されない場合には、電源（５）を含む回路から熱電素子（４）に印加される電圧ｆ（Ｖ）が熱起電力Ｖｔより低いと、加熱容器（１）の内側から外側へは電圧に応じて正味の熱の移動があるが、熱の流出にともなって回路に電流が流れて熱電発電となる。また熱電素子（４）に印加される電圧ｆ（Ｖ）が熱起電力Ｖｔより高いと、熱流束は加熱容器（１）内外の温度差とは逆に低温の外側から高温の内側へと流れ、いわゆる電子冷却となる。
【００１４】
そこで、この発明では、上記作用を有し加熱容器に備えられた熱電素子（４）において、この発明の加熱容器（１）における熱電素子（４）による放熱の基本的な制御方法は、熱電素子（４）の内外面端子の間に容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔと同じ電圧ｆ（Ｖ）をかけ、熱電素子（４）を通る熱流束を０とするように放熱を制御するものである。言い換えれば、熱電素子（４）の内外面端子の間に掛けられる容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔと、熱電素子（４）の電源（５）を含む回路から印加される電圧ｆ（Ｖ）が同じになるように制御される。このとき、熱電素子（４）の内外面端子の間では、各作用する熱電発電と電子冷却の作用を相殺して制御されるので、加熱容器（１）から外部への放熱も０となり、加熱容器（１）内部の温度を維持するためにヒーター等の発熱体（２）で使用される電力も、一定温度となった後には大幅なエネルギーの節約が可能となるのである。
【００１５】
従って、加熱容器（１）外面は周囲と同温度になり、加熱容器（１）から熱を放出しないので、危険物を取り扱うグローブボックス等の密閉した室内においても、冷却水等を循環する必要はない。また、加熱容器（１）の内外に熱が流れないので温度勾配が発生せず、容器（１）内の温度を高い精度で均一にすることが可能となる。このため発熱体（２）の数、配置位置、および、各発熱体（２）の制御方法も最小限の規模とその手段の適用で済む。
【００１６】
現在、比較的大面積の得られる熱電素子の中で実用化されているもののほとんどは室温近傍での使用が想定されているので、この発明の断熱加熱容器の適用できる温度範囲も限られてはいるが、熱電素子（４）に使用する半導体を変更することにより、高温での使用も可能となる。もちろん、この発明においては、従来から一般的に用いられている断熱材等と併用することにより、この発明の断熱加熱容器の適用可能な温度の幅を広げ、熱電素子の熱負荷を軽減することも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明は、密閉空間で使用される加熱容器の外面の全面に熱電素子を用い、熱電素子に、熱放出時に熱起電力と同等の電圧ｆ（Ｖ）を印加することで実質的に放熱ゼロとすることができる。またその電圧ｆ（Ｖ）の制御により、断熱性能そのものの制御を可能とすることができる。この発明の制御方法によれば、熱電素子（４）の内外面端子間に容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔと同じ電圧ｆ（Ｖ）をかけ、熱電素子（４）を通る熱流束を０とするように放熱を制御するものである。したがって、熱電素子（４）の内外面端子の間に掛けられる容器（１）内外の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に応じた熱起電力Ｖｔと、熱電素子（４）の電源（５）を含む回路から印加される電圧ｆ（Ｖ）が同じになるように制御されると、このとき加熱容器（１）から外部への放熱も０となるので、加熱容器（１）内部の温度を維持するためにヒーター等の発熱体（２）で使用される電力も、一定温度となった後には大幅なエネルギーの節約を可能とすることができる。
もちろん、熱電素子を用いることによって、従来から用いられている断熱材に固有の熱伝導度や幾何学的形状の制約を受けず、また、冷却水を循環する冷却装置に付随した汚染物質の流出や水蒸気爆発等の危険性を根本的に解消して、加熱容器の断熱性能を制御することが可能となる。特に、放熱量に厳しい制限のあるグローブボックス等の密閉した空間内での使用にこの発明の断熱加熱容器は有用であり、放熱による温度上昇を防止し、しかも加熱に要するエネルギーを大幅に節約し、さらに断熱加熱容器内の温度を均一とすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来からの断熱加熱容器を例示した概略構成図である。
【図２】この発明の実施例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１  加熱容器
２  発熱体
３  断熱材
４  熱電素子
５  電源
Ｓｗ  スイッチ
【図１】
0003799376.tif 000002
【図２】
0003799376.tif 000003