JP5049468B2 - 断熱容器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は工業炉、焼却炉、発電所等で使用される断熱容器及びその製造方法、に関する。特に、真空断熱パネルの真空断熱容器及びその製造方法に関するものである。

昨今、省エネルギー化、低コスト化のために高性能な断熱パネルが求められている。半導体、電子機器などの分野では、部品の高性能化、小型化に伴い発塵のない断熱パネルが特に求められている。このような要望にこたえるため、これまでにも種々の真空断熱容器及びその製造方法が提案されてきている。

例えば、浅い箱状に絞り形成した外板の箱状部に、繊維状や粉末状の非連続体スペーサーを置き、別の外板で蓋をし、蓋の外板の外周部と絞り成形した外板のフランジ部を全周にわたり気密溶接したのち、内部を真空にして封止する真空断熱材にあって、その外板の浅い箱状の絞りの側壁部を、他の部分の板厚に対し３０％以上薄くなるようにした真空断熱材用の金属製容器が開示されている。この文献では、一実施例として、断熱材は、浅い箱状に絞り形成した板厚０．２ｍｍ のステンレス鋼鈑からなる外板の箱状部に、ガラス繊維の非連続体スペーサーを置き、同じ材料からなる別の外板で蓋をし、蓋の外板の外周部と絞り成形した外板のフランジ部を全周にわたりシーム溶接で気密溶接したのち、接続パイプより吸気して内部を高真空にした後、パイプを封止してあると、その製造法を説明している（特許文献１参照）。

また、大径の筒状外体と小径の筒状内体と筒状内体の内側に嵌着される底部材とよりなり、筒状外体と筒状内体との間隙が真空断熱されている金属製魔法瓶の製造方法について、底部材を筒状内体の内側に嵌着して底部材の接合片と筒状内体の端部寄りとを溶接し、続いて、筒状内体の所定位置を内方向へ押圧して凹所を設け、続いて、この底部材と一体化された筒状内体を筒状外体内に同軸にして間隙を介存せしめて収容配置し、続いて、筒状内体と筒状外体との端部を前記凹所位置を除いて溶接し、続いて、前記凹所に適宜な線材と適宜なろう材とを配置せしめ、続いて、常法に従い真空加熱せしめて筒状外体と筒状内体を真空封止する方法が、開示されている。これによって、ろう材により真空封止する部分が少ない（小さい）為、それだけ良好な真空状態の金属製魔法瓶が得られるとしている（特許文献２参照）。
特開平１１−１１４５４号公報（発明の詳細な説明の段落［００１２］、［００２０］、図１） 特開平７−１９５１３５号公報（発明の詳細な説明の段落［０００７］、［０００８］、図４、図５）

しかしながら、前者の従来技術にあっては、真空容器をシーム溶接で封止している。また、後者の従来技術にあっては、ろう材を使用し、ろう材溜りを作り封止している。これらのシーム溶接、ろう材の使用により薄い金属板（例えば０．５ｍｍ以下）を溶接すると、金属板の変形により、封止欠陥を生じ易いという問題点がある。高温に耐え得る金属でパネルを作製した際、上下面での熱伝導を抑えるために、可能な限り薄い金属板を材料として選択するが、薄い金属板の溶接は金属板の変形などにより、欠陥を生じ易いのである。

そこで、本発明は、金属板のろう接を含む溶接に対して気密欠陥の少ない断熱容器及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、第１外装板と、該第１外装板に対向して配置され該第１外装板との間に気密部を形成する第２外装板とを備える断熱容器において、前記第１外装板の縁に形成される接合部と、前記第２外装板の縁に形成される接合部と、一方の前記接合部を延長して形成された他方の前記接合部を挟み込む折曲げ部と、前記両接合部間及び／又は前記折曲げ部と前記他方の前記接合部の間に介在するろう材と、を設けた断熱容器とする。これによって、金属板のろう接を含む溶接に対して気密欠陥の少ない断熱容器を得ることができる。

また、前記気密部の真空度が０．１〜１００Ｐａである断熱容器すれば、高い断熱効果が得られる。

また、前記第１外装板、前記第２外装板の少なくともいずれか一方が厚さ０．１〜０．６ｍｍ、好ましくは０．２〜０．５ｍｍの金属板であり、絞り加工により前記気密部の空間が形成されている断熱容器とすれば、薄い金属板による高い断熱効果が得られる。

また、前記断熱容器の気密部には熱伝導率０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率材料からなる断熱材が挿入されている断熱容器とすれば、高い断熱効果が得られる。

また、第１外装板及び／又は第２外装板に絞り加工により気密空間形成部を形成した後、前記いずれかの外装板の縁に設けられた接合部に、予め、端部から１〜１０ｍｍの範囲で箔状のろう材をスポット溶接で固定し、一方の前記接合部を延長して形成された他方の前記接合部を挟み込む折曲げ部を巻きこむように折返してかしめ加工を行い、真空炉またはステンレス表面の酸化防止可能な雰囲気炉中で熱処理して封止する断熱容器の製造方法とする。これによって、金属板のろう接を含む溶接に対して気密欠陥の少ない断熱容器の製造方法を得ることができる。

上記のように、本発明により、金属板のろう接を含む溶接に対して、気密欠陥の少ない断熱容器及びその製造方法を得ることができる。特に、ステンレス薄板を使用して、気密欠陥のない低コストな真空断熱容器の作製が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図示例を伴い説明する。

図１及び図２は、第１の実施の形態についてのものである。図１は、断熱容器の縦断面図、図２は、その一部拡大図である。

断熱容器１０は、第１外装板１と、第１外装板に対向して配置され第１外装板１との間に気密部５を形成する第２外装板２とを備える。第１外装板１の縁に形成される接合部１ａと、第２外装板２の縁に形成される接合部２ａと、一方の接合部１ａを延長して形成された他方の接合部２ａを挟み込む折曲げ部１ｂと、両接合部１ａ，２ａ間及び折曲げ部１ｂと他方の接合部２ａの間に、ろう材４を介在させる。気密部５は、第２外装板２に設けた気密空間形成部２ｃ（これは、気密空間形成中間部２ｄと気密空間形成底部２ｅとから構成される。）と、第１外装板２により構成される。気密部５には、断熱材３が収容されている。

この断熱容器１０の製造は、次のようにして行われる。

すなわち、熱伝導率の小さなステンレス製の板に、絞り加工により気密空間形成部２ｃを設けて第２外装板２とし、気密空間形成部２ｃによって構成される気密部５にグラスウール繊維などの断熱材３を収容し、ステンレス製の第１外装板１を合せて、各第１及び第２の外装板１，２の周囲の接合部１ａ，２ａをろう材４によるろう接により封止した容器を作製する。この際、２つの外装板１，２の一方外装板２の接合部２ａの端部に、予め、端部から１〜１０ｍｍの範囲で箔状のろう材４をスポット溶接で固定し、もう一方の外装板１の接合部１ａから延長されて設けられた折曲げ部１ｂを、接合部２ａの端部を巻きこむように折返して、かしめ加工を行った後、真空炉またはステンレス表面の酸化を防止可能な雰囲気炉中で熱処理して封止する。

次に図３により、第２の実施の形態について説明する。図３は、断熱容器の一部拡大縦断面図であり、第１の実施の形態の図２に対応する。

第１の実施の形態との相違点は、図３にすべて表れている。各構成部の符号は第１の実施の形態の対応する構成部の符号に１０を加えて示している。第１外装板１１の接合部１１ａは、その端部にろう材１４をスポット溶接で固定され、さらに、第２外装板１２の接合部１２ａと、そこから延長されて設けられた折曲げ部１２ｂを、接合部１１ａの端部を巻きこむように折返して挟み込まれる。その後、かしめ加工が行われる。他は第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態並びに第２の実施の形態で示した箔状のろう材４のスポット溶接配置については、種々の実施形態が可能である。これらの形態について図４のろう付け加工の形態を示す説明図に基づき説明する。説明図の第１行の欄は、第１及び第２の外装板の端部の縦断面形状を示している。このように、各表枠内には模型的に第１及び第２の外装板の端部とろう材の配置の縦断面形状を示している。第１行の欄は、第１外装板１に折り曲げ部１ｂを設けた場合、と、第２外装板１２に折り曲げ部１２ｂを設けた場合に分けて欄を作成している。第２行の欄は、第１行の欄に対応した形状の外装板の曲げ部無しの一方の接合部２ａ，１１ａへのろう材４，１４の配置状態を示している。第３行の欄は、第２行の欄に対応して、第１又は第２外装板１，１２の折曲げ部１ｂ、１２ｂを立ち上げた状態を示している。第４行の欄は、第３行の欄に対応して、かしめ加工をした状態を示している。

いずれのろう材配置でも極めて気密欠陥の少ない断熱容器が得られた。特に、接合部２ａ，１１ａ両面へのろう材４，１４の配置は、確実に気密欠陥をより少なくできる。

上記実施の形態において、ろう材は、ＪＩＳ規格に定められたろう材が適宜選択して使用でき、外装板がステンレス材である場合には銅ベース、アルミベース、ニッケルベース、銀ベースのろう材が挙げられるが、耐熱性、耐食性といった観点からニッケルベースのろう材が好ましい。

さらに、気密部の真空度を０．１〜１００Ｐａとしたが、高い断熱効果が得られた。

また、第１外装板、第２外装板の少なくともいずれか一方の厚さを０．２〜０．５ｍｍの金属板としたが、薄い金属板による高い断熱効果が得られた。特に第２外装板の気密空間形成中間部２ｄの部分を薄くすると、高い断熱効果が得られた。

また、前記断熱容器の気密部には熱伝導率０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率材料からなる断熱材が挿入され、高い断熱効果が得られた。

以上２つの実施の形態を説明したが、本発明において、金属板の材質はステンレス、アルミ、アルミ合金、銅合金が挙げられるが、低熱伝導といった観点からステンレスが好ましい。

また、本発明において、金属板の厚さは０．０５〜１０ｍｍであればよいが、少なくとも熱源に近いほうの板厚は熱伝導を小さくするために薄ければ薄いほど好ましいが、あまり薄すぎても期待する強度が得られないので、具体的には０．０５〜１ｍｍ、好ましくは、０．１〜０．６ｍｍさらに好ましくは０．２〜０．５ｍｍである。

さらに、断熱容器の内部空間の気圧（真空度）について説明すると、真空封止とは、断熱容器の内部空間の気圧を０．１〜１０００Ｐａにすることであり、本発明においては、１００〜６００℃といった比較的高い温度領域での断熱性能を確保するため好ましくは０．１〜１０Ｐａ、より好ましくは０．１〜１Ｐａである。

また、断熱容器の内部空間に挿入することが可能な断熱材は、その熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、より好ましくは０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であればよく、例えば、ガラス繊維製断熱材、セラミックス繊維製断熱材、珪酸カルシウム製断熱材、ロックウール、セラミックス多孔体、ハニカム材、金属多層反射板といったものが挙げれらるが、本発明においては、低熱伝導といった観点からセラミックス多孔体やセラミックス繊維製断熱材を用いることが好ましい。

また、ろう接時の温度についていえば、本発明においては、例えば、ろう材の液相線を越える温度（例えば５００〜１１００℃）でろう材を溶かしてろう付け溶接を行えばよい。

具体的には、銅ベースの場合６００〜１１００℃、アルミベースの場合５００〜７００℃、ニッケルベースの場合８００〜１１００℃、銀ベースの場合５５０〜８５０℃である。

また、ろう接時の雰囲気における酸化防止可能な雰囲気とは、酸素がない雰囲気であれば特に制限がないが、具体的には、水素ガス、一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、アンモニア分解ガス、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ）の雰囲気のことをいう。本発明においては、ステンレスの還元が容易な水素ガスまたは、真空中が望ましい。

本発明は工業炉、焼却炉、発電所等で使用される真空断熱パネルの真空断熱容器及びその製造方法として有用である。

本発明による第１の実施の形態における断熱容器の縦断面図である。 図１の一部拡大図（一部拡大縦断面図）である。 本発明による第２の実施の形態における断熱容器の一部拡大縦断面図である。 本発明における種々のろう付け加工の形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 第１外装板、１ａ 接合部、１ｂ 折曲げ部、２ 第２外装板、２ａ 接合部、２ｃ 気密空間形成部、２ｄ 気密空間形成底部、２ｅ 気密空間形成底部、３ 断熱材、４ ろう材、５ 気密部、１０ 断熱容器、１１ 第１外装板、１１ａ 接合部、１２ 第２外装板、１２ａ 接合部、１２ｂ 折曲げ部、１４ ろう材。

Claims (3)

1. 第１外装板と、該第１外装板に対向して配置され該第１外装板との間に気密部を形成する第２外装板とを備える断熱容器において、
   前記第１外装板及び前記第２外装板はステンレスからなり、
   前記第１外装板、前記第２外装板の少なくともいずれか一方が厚さ０．１〜０．６ｍｍのステンレス板であり、絞り加工により前記気密部の空間が形成されており、
   前記気密部には熱伝導率０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のセラミックス多孔体又はセラミックス繊維製断熱材からなる断熱材が挿入されており、
   前記第１外装板の縁に形成される接合部と、前記第２外装板の縁に形成される接合部と、一方の前記接合部を延長して形成された他方の前記接合部を挟み込む折曲げ部と、前記両接合部間及び／又は前記折曲げ部と前記他方の前記接合部の間に介在する銅ベース、アルミベース、ニッケルベース又は銀ベースのろう材と、を設けた
   ことを特徴とする断熱容器。
2. 前記気密部の真空度が０．１〜１００Ｐａである
   ことを特徴とする請求項１に記載の断熱容器。
3. ステンレスからなる第１外装板及びステンレスからなる第２外装板のうち厚さが０．１〜０．６ｍｍである少なくともいずれか一方に絞り加工により気密空間形成部を形成した後、
   前記気密空間形成部によって構成される気密部に熱伝導率０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のセラミックス多孔体又はセラミックス繊維製断熱材からなる断熱材を収容し、
   前記いずれかの外装板の縁に設けられた接合部に、予め、端部から１〜１０ｍｍの範囲で箔状の銅ベース、アルミベース、ニッケルベース又は銀ベースのろう材をスポット溶接で固定し、
   一方の前記接合部を延長して形成された他方の前記接合部を挟み込む折曲げ部を巻きこむように折返してかしめ加工を行い、
   真空炉またはステンレス表面の酸化防止可能な雰囲気炉中で熱処理して封止する
   ことを特徴とする断熱容器の製造方法。

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