JP5168367B2 - 長尺体 - Google Patents

Description

本発明は、構成材料に吸蔵された気体分子などを加熱により除去するベーキングの対象物となる長尺体に関するものである。特に、巻回状態の長尺体に関するものである。

内管と外管との間に真空層が形成される真空二重断熱管などにおいては、この断熱管の構成材料に吸蔵された気体分子を除去して真空度の向上をはかるため、断熱管を加熱するベーキングと呼ばれる熱処理が行われている。

このベーキングには、大別して２つの方法が知られている。その一つは、対象物を断熱容器内に収納して、ヒータを用いて対象物を加熱する方法（例えば特許文献１）で、もう一つは、加熱の対象物自体を発熱体として熱処理する方法（例えば特許文献２）である。

特開平10-64488号公報 特開2004-353681号公報

しかし、上記のベーキング方法では、ドラムに巻き付けた状態の長尺体などを均一に加熱することが難しいと言う問題があった。

特許文献１に記載の方法では、ヒータに近接した箇所とヒータから離れた箇所で温度分布が生じる。仮に長尺体にヒータを取り付けるにしても、ドラムに巻き付けられた状態の長尺体の全長・全周にわたって均一にヒータを取り付けることは事実上不可能である。

一方、特許文献２に記載の方法であっても、長尺体のうち、ドラムの巻き胴に近い側と遠い側とでは温度分布が生じる。長尺体をドラムに巻き付けた場合、そのドラムの縦断面を見ると、径方向に長尺体が積み重ねられた状態となる。ドラムは、一般に熱容量が大きく、長尺体の発熱初期においてはドラムの巻き胴の温度上昇は遅い。しかし、一旦ドラムの巻き胴の温度が安定すると、その温度の変動は少なくなる。そのため、ドラムの温度が安定すると、その巻き胴に近接する長尺体も温度変動し難くなる。

また、ドラム内周側に位置する長尺体は、その外周も別のターンの長尺体で巻かれているため、発熱した長尺体の熱がドラムの外周側に放散し難い。特に、長尺体が二重断熱管の場合、内管と外管との間に空間があるため、二重断熱管がドラムの径方向に積層された状態では、ドラムの内周側と外周側に位置する長尺体同士の間での熱伝達が非常に小さく、この点もドラムの内周側に位置する長尺体の温度変動が少ない要因となっている。

これに対し、ドラム外周側に位置する長尺体は、直接外気に接触しているため、発熱した長尺体の熱が外気に放散しやすく、かつ外気の対流による冷却も受けやすい。

その結果、例えば長尺体の巻き胴に近い側が約70℃のとき、遠い側は約40℃となって、長尺体の全体にわたって均一な加熱を行うことができない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その主目的は、ベーキングの対象物であって、ベーキング時、均一な加熱が可能な長尺体を提供することにある。

本発明の長尺体は、真空排気される空間を有し、ベーキングの対象物となる長尺体に係る。上記長尺体は、通電加熱できる導電性を有し、被巻回物に巻き付けられた巻回状態で、この長尺体の隣接するターン間が絶縁されている。この長尺体は、後述するベーキング装置及び方法により均一に加熱することができる。

上記の本発明長尺体は、次のベーキング装置によりベーキングすることができる。このベーキング装置は、空間を持った対象物を取り囲む断熱壁を備えたベーキング装置である。この断熱壁は、電力供給路挿通部と、排気経路挿通部とを有する。電力供給路挿通部は、対象物を通電加熱するための電力供給路を断熱壁で囲まれた領域の内外に通す。そして、排気経路挿通部は、対象物の空間を真空排気するための排気経路を断熱壁で囲まれた領域の内外に通す。

この装置によれば、対象物を断熱壁で取り囲むことで、加熱された対象物の放熱を効果的に抑制する。その上、この装置は、対象物を通電加熱できるように構成することで、対象物自体を発熱体とした加熱を行うことができる。そのため、上記放熱の抑制と対象物自体の発熱による加熱とにより、対象物を均一に加熱することができる。

この装置における断熱壁は、対象物の加熱温度に応じた適切な断熱性を有する断熱材で構成すればよい。代表的には、グラスウール、ロックウール、セラミックウールなどの無機繊維を、フェノール樹脂などの有機バインダー或いはコロイダルシリカなどの無機バインダーを用いて所定の密度に圧縮成形した板材が好適に利用できる。

この断熱壁は、対象物を取り囲んで、その収納領域を形成する。この領域の大きさや形状は特に限定されない。対象物の大きさや形状に合わせて適宜選択すればよい。通常、この形状は、直方体あるいは立方体が利用しやすい。もちろん、それ以外の円筒状や球状であっても構わない。

この断熱壁には、電力供給路挿通部を設ける。電力供給路は、対象物を通電加熱するために、対象物に電力供給を行うためのもので、通常は電線が利用される。もちろん、この電線はベーキング時の加熱に耐えられる構造としておく。電力供給路挿通部は、例えば断熱壁に設けられた前記電線の挿通箇所である。この電力供給路挿通部は、断熱壁に形成されて電力供給路が断熱壁の内外に通る孔を有するが、その孔と電力供給路との間は、断熱特性上、気密にしておくことが好ましい。

また、断熱壁には排気経路挿通部も設けられている。排気経路は、対象物に形成された空間内を真空排気するためのもので、通常は排気管が利用される。この排気管もベーキング時の加熱に耐えられる構造としておく。排気経路挿通部は、例えば断熱壁に設けられた前記排気管の挿通箇所である。この排気経路挿通部は、断熱壁に形成されて排気経路が断熱壁の内外に通る孔を有するが、その孔と排気経路との間は、断熱特性上、気密にしておくことが好ましい。

このベーキング装置は、気流発生手段を有することが好ましい。気流発生手段は、断熱壁で囲まれた領域内の雰囲気に気流を生じさせる機能を有する。断熱壁で囲まれた領域に気流を生じさせることで、その領域内における高温部と低温部との間で熱の移動を促進させ、対象物の周囲における温度分布のばらつきを低減することができる。気流発生手段の具体例としては、回転により雰囲気を噴射するファンが挙げられる。

この気流発生手段の数は一つであっても良いし複数であっても良い。複数の気流発生装置を用いることで、対象物の収納領域内の隅々まで雰囲気を流動させることができ、かつ気流の方向を制御しやすい。

気流発生手段により生成される気流は、整流、乱流、循環気流などのいずれであっても良い。特に、この気流は循環気流とすることが好ましい。循環気流とすることで、より効果的に対象物の収納領域内における温度分布のばらつきを抑制することができる。循環気流を発生するには、対象物の収納領域が直方体または立方体の場合、対向する断熱壁の一方の上部に気流発生手段を設け、他方の下部にも気流発生手段を設けて、各々対向する断熱壁に向けて気流を噴射することが好ましい。

また、この装置は、加熱手段を有することが望ましい。加熱手段は、断熱壁で囲まれた領域内の雰囲気温度を調整する機能を有する。この領域内の雰囲気温度を加熱手段で加熱調整することで、対象物の周囲などに低温となる箇所が発生することを防止し、より均一に対象物を加熱することに寄与する。例えば、ヒータを断熱壁で囲まれる領域内に配置することが挙げられる。

なお、上述した気流発生手段と加熱手段は、各々独立に構成しても良いし一体に構成しても良い。一体構成の具体例としては、温風発生手段を設けることが挙げられる。この温風発生手段で、温風により断熱壁で囲まれた領域内に気流を生成すると共に、この領域内の雰囲気温度を加熱調整することができる。

さらに、この装置において、断熱壁の一部が開閉自在に構成されていることが望ましい。断熱壁の一部を開閉自在とすることで、断熱壁で囲まれた対象物の収納領域内に対象物を容易に出し入れすることができる。例えば、対象物の収納領域を直方体状または立方体状とした場合、六面からなる断熱壁のうち、一面の断熱壁自体を他の断熱壁から取り外し自在に構成することで、収納領域に開口部を形成することができる。その他、一面の断熱壁の一部に開閉する扉を設け、この扉の開放により対象物を収納領域に出し入れ可能にしてもよい。

次に、上記本発明長尺体は、次のベーキング方法によりベーキングすることができる。このベーキング方法は、空間を持った対象物を断熱壁で取り囲み、その対象物を通電加熱し、さらにその対象物の空間を真空排気する。

この方法によれば、対象物を断熱壁で取り囲むことで、加熱した対象物の放熱を効果的に押さえ、さらに対象物を通電加熱することで、対象物自体を発熱体とした均一な加熱を可能にする。

この方法においても、(1)断熱壁で囲まれた領域内の雰囲気に気流を生じさせること、(2)断熱壁で囲まれた領域内の雰囲気を加熱することの少なくとも一方を組み合わせて行うことが好ましいことは、上記装置での説明と同様である。

本発明長尺体は、通電加熱できる導電性のもので、真空排気される空間を持った断熱容器や断熱管などが代表例といえる。より具体的には、巻回状態の長尺体、特にドラムなどの被巻回物に巻き付けられた状態の長尺体で、その全長・全周にわたる均一なベーキングに上記方法が効果的に利用できる。特に、被巻回物の熱容量が大きく、巻き付けられた状態での長尺体のうち、内周側と外周側とで温度分布が生じやすい場合に、上記方法による均一な加熱は効果的である。長尺体の具体例としては、超電導ケーブル、冷水配管、給水配管、LNG配管、冷媒配管、温水配管、給湯配管、熱媒配管等の各種配管、もしくは配管継手類、もしくは配管機器類として用いる断熱管が挙げられる。

巻回状態の長尺体をベーキングの対象物とする場合、この長尺体の隣接するターン間を絶縁することが好ましい。超電導ケーブルの断熱管などの長尺体を上記方法でベーキングする場合、各ターン間を絶縁することで、通電加熱時におけるターン間のショートを抑制できる。この「ターン間」とは、例えば長尺体をドラムに整列巻きした場合、軸方向に隣接するターン同士のことはもちろん、径方向に積層して隣接されたターン同士のことも含む。この絶縁は、長尺体の外周を絶縁テープで巻き付けること等により実現できる。絶縁テープの具体例としては、ガラステープなどが挙げられる。

本発明長尺体によれば、長尺体は巻回状態なので、ベーキング装置における断熱壁で囲まれた領域内に収納が容易である。また、長尺体を小型化できるので、上記領域の大きさも小型化できる。さらに、本発明長尺体は、隣接するターン間が絶縁されているので、長尺体の通電加熱を行うことができ、ベーキング時、上記ターン間のショートを抑制して均一に長尺体を加熱することができる。

上記長尺体をベーキングする装置および方法によれば、次の効果を奏することができる。
(1)対象物を断熱壁で取り囲むことで、加熱された対象物の放熱を効果的に抑制する。加えて、対象物を通電加熱できるように構成することで、対象物自体を発熱体とした加熱を行うことができる。そのため、上記放熱の抑制と対象物自体の発熱による加熱とにより、対象物を均一に加熱して、対象物に吸蔵された気体分子などを効果的に除去することができる。

(2)断熱材で囲まれた領域に気流を生じさせることで、その領域内における高温部と低温部との間で熱の移動を促進させ、対象物の周囲における温度分布のばらつきを低減することができる。

(3)断熱壁で囲まれた領域の雰囲気温度を加熱することで、対象物の周囲などに低温となる箇所が発生することを防止し、より均一に対象物を加熱することができる。

(4)断熱壁の一部を開閉自在とすることで、断熱壁で囲まれた対象物の収納領域内に対象物を容易に出し入れすることができる。

(5)巻回状態の長尺体をベーキングの対象物とする場合、この長尺体の隣接するターン間を絶縁することで、通電加熱時におけるターン間のショートを抑制できる。

本発明長尺体を加熱するベーキング装置の構成を示す概略斜視図である。 本発明長尺体を加熱するベーキング装置の正面側概略模式図である。 本発明長尺体を加熱するベーキング装置の側面側概略模式図である。 断熱管の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
ここでは、超電導ケーブルの断熱管をベーキングする場合を例として以下の説明を行なう。図１は本発明長尺体を加熱するベーキング装置の構成を示す概略斜視図、図２は同装置の正面側概略模式図、図３は同装置の側面側概略模式図である。

この装置は、図１に示すように、断熱壁で囲まれた断熱容器10と、断熱容器10内に配置された温風発生手段20と、断熱容器10内に配された対象物を通電加熱する通電加熱手段30と、断熱管の空間を真空排気する排気手段40とを有している。

断熱容器10は、グラスウールをフェノール樹脂で所定の密度に圧縮成形した断熱板を鉄骨材と組み合わせて直方体状に形成されている。ここでは、図２及び図３に示すように、断熱容器10の一方の側面11（図３）が取り外し自在に構成され、この側面11を取り外して断熱容器10を開口させ、その開口部から断熱管100を出し入れするように構成している。取り外し可能な断熱壁は、断熱容器10の開口部を閉じた際に、他の断熱壁との隙間をなくし、気密状態に保持できるように構成されている。

温風発生手段20は、断熱容器10内の雰囲気を加熱するヒータと、ヒータに対して送風して温風を噴射するためのファンとを有している。本例では、断熱容器10の正面の下部と、背面の上部の各々に一対の温風発生手段20を間隔を開けて配置した。つまり、正面下部の温風発生手段21は背面側に向けて温風を噴射し、背面上部の温風発生手段22は正面側に向けて温風を噴射することにより、断熱容器10内に循環気流を形成する。この循環気流により、断熱容器10内の雰囲気を効果的に移動させて温度分布のばらつきを抑制すると共に、気流を温風とすることで、断熱管100の周囲からの放熱により断熱管100の表面部温度が低下することを抑制する。なお、この温風発生手段20への電力供給は、図示しない電源コードを介して断熱容器10外から行われる。

また、図１では簡略化して示しているが、通電加熱手段30は、電源31と電線（電力供給路）32とを有し、電線32が断熱壁を通って断熱容器10内へと導かれている。断熱壁における電線32の挿通箇所は気密性を有する電線挿通部（電力供給路挿通部）を形成している。この電線32の端部を後述する断熱管100に接続して電源31から給電し、断熱管100を通電加熱する。

さらに、この断熱容器10は、排気手段40が設けられている。排気手段40は、真空ポンプ41と、このポンプ41に接続されて断熱容器10内に導入される排気管42とを有する。断熱壁における排気管42の挿通箇所は気密性を有する排気管挿通部（排気経路挿通部）を形成している。排気管42は後述する断熱管100の排気ポートに接続されて、後述する断熱管100の内外管の間に形成される空間の排気に利用される。

一方、断熱管100は、ドラム200に巻かれた状態で断熱容器10内に収納される。この断熱管100は、図４に示すように、ステンレス製のコルゲート管からなる内管110と外管120との間にスーパーインシュレーション（商品名）を配置した二重管構造で、両管の間の空間が後に真空引きされる。

この断熱管100の両端部は、絶縁フランジ130で封止されている。絶縁フランジ130は、内管110と外管120との間を絶縁状態に封止する円環状の部材で、その内周部と外周部が金属で、中間部が絶縁材で構成されている。

また、外管の外側には、排気ポート140が突出して形成されている。この排気ポート140は断熱管100の内外管の間に形成される空間内を排気する際に排気管42（図１）に接続される。

さらに本例では、この断熱管100の外側、つまり外管120の周囲にガラステープ（図示せず）を巻き付けて、ドラム200に巻き付けた状態の断熱管100の各ターン間を絶縁した。

上記の装置を用いてベーキングを行う場合、まず断熱容器10を構成する断熱壁の一面（側面11）を取り外して開口し、その開口部からドラム200に巻き付けた断熱管100を断熱容器10内に収納する。

その際、断熱管100の両端部、つまり内管110と外管120の各々に通電可能なように絶縁フランジ130に電線32の端部を接続して電源31から断熱管100に給電可能に構成する。加えて、断熱管100の排気ポート140に排気管42を接続して、真空ポンプ41で内外管110、120の間に形成される空間を真空引き可能に構成する。

その状態で取り外していた断熱壁を閉じて断熱容器10を密閉する。

次に、電源31から給電して断熱管100を通電加熱すると共に、温風発生手段20を用いて断熱容器10内に温風の循環気流を形成する。

断熱管100が所定の温度に達したら、真空ポンプ41を駆動し、断熱管100における内外管110,120の間に形成される空間を真空引きする。

このように、本発明長尺体は、巻回状態の長尺体の隣接するターン間を絶縁することで、通電加熱時におけるターン間のショートを抑制できる。本発明長尺体を加熱するベーキング装置および方法によれば、ドラムに巻回された断熱管を断熱壁で取り囲むことで、加熱された断熱管の放熱を効果的に抑制できる。加えて、対象物を通電加熱できるように構成することで、対象物自体を発熱体とした均一な加熱を行うことができる。

本発明長尺体は、構成材料に吸着された気体分子などの除去を行なうベーキングに好適に利用することができる。

10 断熱容器 11 側面
20（21、22） 温風発生手段
30 通電加熱手段 31 電源 32 電線
40 排気手段 41 真空ポンプ 42 排気管
100 断熱管 110 内管 120 外管 130 絶縁フランジ 140 排気ポート
200 ドラム

Claims (5)

1. 真空排気される空間を有し、ベーキングの対象物となる長尺体であって、
   前記長尺体は、通電加熱できる導電性を有し、被巻回物に巻き付けられた巻回状態で、この長尺体の隣接するターン間が絶縁されていることを特徴とする長尺体。
2. 前記ターン間は、被巻回物の軸方向に隣接するターン間を含むことを特徴とする請求項1に記載の長尺体。
3. 前記ターン間は、被巻回物の径方向に積層して隣接するターン間を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の長尺体。
4. 前記絶縁は、長尺体の外周に巻き付けられた絶縁テープによってなされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の長尺体。
5. 前記絶縁テープは、ガラステープであることを特徴とする請求項4に記載の長尺体。

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