JP5529641B2 - 容器 - Google Patents
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Description
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有することを特徴とする容器が提供される。
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器が提供される。
前記蓄熱部は、前記第1の面の前記第2の表面と接するように設置されても良い。
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器が提供される。
「保温性」=1/ΔT 式(1)
ここで、ΔT(K)は、高温物体と接する面、すなわち、セグメント部材の底面(容器の内表面)の単位時間当たりの温度変化量であり、時間t1(sec)でのセグメント部材の底面の温度をT1(K)とし、時間t2(sec)(t2>t1)でのセグメント部材の底面の温度をT2(K)としたとき、
ΔT=T1−T2 式(2)
で表すことができる。
一方、セグメント部材の底面の温度変化量ΔTは、
ΔT=ΔQ/(cSMS+cAMA) 式(3)
として表すことができる。ここで、ΔQは、セグメント部材からの放熱量(J)であり、cSは、セグメント部材の比熱(J/kg/K)であり、MSは、セグメント部材の質量(kg)であり、cAは、高温物体の比熱(J/kg/K)であり、MAは、高温物体の質量(kg)である。
なお、放熱量ΔQは、
ΔQ=k・S・t(Tin−Tout) 式(4)
で表すことができる。ここでkは、セグメント部材を通る熱通過率(W/m2/K)であり、δをセグメント部材の側面の高さ(m)(おおよそ図2(b)における長さG・cosθ3に相当する)とし、λをセグメント部材の熱伝導率(W/m/K)としたとき、
k=λ/δ 式(5)
で表される。
S=S11+S12+S13 式(6)
で表され、ここで、S11は、セグメント部材の上面11の面積(図2(a)において、辺LU1〜辺LU5で囲まれた領域の面積)であり、S12は、セグメント部材の底面12の面積である(図2(c)において、辺LD1〜辺LD5で囲まれた領域の面積)。また、S13は、セグメント部材の側面13A〜13Eの伝熱面積を表し、これは、図2(a)に示す5つの各側面13A〜13Eについて、水平方向における断面の面積を、底面12側から上面11側まで(すなわち長さGにわたって)積分することにより、得ることができる。
内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有することを特徴とする容器が提供される(第1の発明)。
内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器が提供される(第2の発明)。
内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器が提供される(第3の発明)。
図3には、高温物体を収容することが可能な本発明による第1の容器100の概略的な断面図の一例を示す。
図4に示したセグメント部材110では、上面111および底面112は、曲面形状を有する。しかしながら、この曲面形状は、必ずしも必要ではなく、両面は、平坦な表面であっても良い。ただし、上面または底面(特に、底面112)を図4に示すような曲面を有する形態とした場合、セグメント部材を配置することにより構成される容器の内表面130の容積を、より大きくすることができる。一方、セグメント部材110において、上面111および底面112が曲面ではなく平坦な面を有する場合、実質的に五角六十面体の形状の内表面130が形成される。また、セグメント部材110は、複数の異なる形状のセグメント部材を組み合わせて、略球状、または略準正多面体の形状の内表面130を形成しても良い。
無機充填材107は、容器の筐体105と各セグメント部材110の間、および/または各セグメント部材110同士の間の隙間に設置される。
筐体105は、様々な態様で使用し得る。例えば、筐体105の外形は、図3に示すような球形に限られるものではなく、筐体は、角形等の他の外形輪郭を有しても良い。また、筐体105は、二重壁構造にして2つの壁の間に空気層、減圧層または真空層を設けても良い。あるいは、2つの壁の間に、断熱材層、または熱反射層を設けても良い。また、筐体の材料としては、ステンレス鋼の他、ニッケル基合金等を使用しても良い。
次に、本発明による第2の容器の構成について説明する。なお、第2の容器の全体的な構成は、前述の図3に示した容器100の構成とおおよそ等しいので、第2の容器を表す図面そのものは、特に示さない。代わりに、必要な場合、前述の図3を代用して、説明を行うことにする。この場合、第2の容器を構成する各部材を、図3の容器を構成する各部材と区別するため、第2の容器を構成する各部材には、図3の各構成部材の参照符号に100を加えた参照符号を使用するものとする。従って、例えば、第2の容器のセグメント部材は、210となり、第2の容器の内表面は、230となる。また、第2の容器は、参照符号を200とする。
本発明による第3の発明においても、容器(第3の容器)の構成は、前述の第1の容器100および第2の容器200の場合と同様である。また、第3の容器を構成するセグメント部材の構成は、図6に示したセグメント部材210と同様である。
珪素粉末(平均粒径約1μm)と、窒化珪素粉末(平均粒径約1μm)と、ムライト粉末(平均粒径0.5μm)と、を重量比で60:30:10となるように秤量し、これらの粉末を十分に混合した。この混合粉末に、混合粉末の重量に対して1Wt%となるように、アクリル系バインダを加え、さらに混合粉末の重量に対して25Wt%の水を加えた。この混合液体をボールミルにより混合し、スラリーを得た。
前述の比較例1と同様の方法により、実施例1に係るセグメント部材を製作した。ただし、実施例1では、セグメント部材の側面の伝熱面積(S13)を低減するため、セグメント部材の側面(底面および上面を除く5面)に、φ2〜20mmの貫通孔を一箇所または複数箇所に設置した。
前述の比較例1と同様の方法により、実施例2に係るセグメント部材を製作した。ただし、実施例2では、セグメント部材の側面の伝熱面積(S13)を低減するため、セグメント部材の側面(底面および上面を除く5面)を、輪郭部分(幅約5mm)を残して貫通孔とした。このため、セグメント部材の側面は、実質的に底面と上面を連結する柱形状となった。
前述の比較例1と同様の方法により、実施例3に係るセグメント部材を製作した。ただし、実施例3では、セグメント部材の上面の伝熱面積(S11)を低減するため、比較例1で得られたセグメント部材の上面に、加工により、φ20〜φ40の貫通孔を一箇所に設置した。
前述の比較例1と同様の方法により、実施例4に係るセグメント部材を製作した。ただし、実施例4では、セグメント部材の上面の伝熱面積(S11)を低減するため、比較例1で得られたセグメント部材において、上面の輪郭部分(幅約5mm)を残して貫通孔とし、実質的に上面(S11)の無いセグメント部材を作製した。
実施例1に係るセグメント部材の内部空間に、蓄熱材を充填して、実施例5に係るセグメント部材を作製した。より具体的には、炭化珪素を主成分とするキャスタブルを水で混練し、実施例1で得られたセグメント部材の内部空間に、底面の第2の内表面に近接するように、キャスタブルを所定量を流し込み、蓄熱材を形成した。この際、側面の貫通孔からキャスタブルが流れ出ないようにする必要がある。そこで、予め貫通孔内の底面側半分にキャスタブルを充填した。これにより、蓄熱材をより強固に固定することができた。
実施例1に係るセグメント部材の内部空間に、蓄熱材を充填して、実施例6に係るセグメント部材を作製した。より具体的には、実施例1で得られたセグメント部材の内部空間において、底面の第2の内表面に近接するようにアルミニウム製ペレット(径5mm)を敷き詰め、蓄熱材とした。さらに、実施例5と同様の方法で調製したキャスタブルをペレットを覆うように流し込み、ペレットをセグメント部材の底面の第2の内表面に固定した。
実施例6と同様の手法により、内部に蓄熱材を有する、実施例7に係るセグメント部材を作製した。ただし、実施例7では、アルミニウム製ペレットの代わりに、銅ペレットを底面の第2の内表面に設置し、蓄熱材とした。
実施例6と同様の手法により、内部に蓄熱材を有する、実施例8に係るセグメント部材を作製した。ただし、実施例8では、アルミニウム製ペレットの代わりに、鋼ペレットを底面の第2の内表面に設置し、蓄熱材とした。
実施例5と同様の手法により、内部に蓄熱材を有する、実施例9に係るセグメント部材を作製した。ただし、実施例9では、キャスタブルに、さらに粒状および/または粉状のB4C(炭化ホウ素)原料を混合した。調製したキャスタブルを、実施例1で得られたセグメント部材の内部空間に流し込み、底面の第2の内表面に近接する蓄熱材を形成した。
実施例5と同様の手法により、内部に蓄熱材を有する、実施例10に係るセグメント部材を作製した。ただし、実施例10では、キャスタブルの代わりに、水とアルミナの混合液を使用した。この混合液を、実施例1で得られたセグメント部材の内部空間に、底面の第2の内表面に近接するように流し込んだ。これにより、セグメント部材の底面の第2の内表面に、蓄熱材としてアルミナが設置された。
実施例5において得られたセグメント部材において、蓄熱材で充填されていない内部空間部分に、無機断熱繊維およびアルミニウム板を充填した。これにより、蓄熱体と接するセグメント部材の底面から、セグメント部材の上面側への放射および対流による伝熱を抑制することが可能となり、蓄熱効率を高めることができるとともに、セグメント部材の断熱性を向上させることができる。
以上の方法で作製された各セグメント部材を用いて、断熱性および保温性の評価を行った。
図3に示す実質的に球形状の容器を試作した。容器の外側(筐体)は、厚さ4mmのステンレス鋼で構成した。なお、筐体は分割式とした。組立後のステンレス鋼筐体の寸法は、外径258mm、内径250mmである。
5 筐体
7 無機充填材
10 セグメント部材
11 上面
12 底面
13 側面
30 内表面
35 内部室
50 上蓋
52 ヒンジ機構
100 本発明の容器
105 筐体
107 無機充填材
110 セグメント部材
111 上面
112 底面
113 側面
120 上面の貫通孔
125、128 側面の貫通孔
130 内表面
135 内部室
150 上蓋
152 ヒンジ機構
210 別のセグメント部材
211 上面
212 底面
213A〜213E 側面
220 上面の貫通孔
225、228 側面の貫通孔
240 蓄熱部
250 蓄熱材。
Claims (12)
- 内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有することを特徴とする容器。 - 前記第2の面および/または前記側面は、少なくとも一つの貫通孔を有することを特徴とする請求項1に記載の容器。
- 内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器。 - 前記第1の面は、前記内部室側の第1の表面と、前記空間側の第2の表面とを有し、
前記蓄熱部は、前記第1の面の前記第2の表面と接するように設置されることを特徴とする請求項3に記載の容器。 - 前記蓄熱部は、前記セグメント部材を構成する材料よりも比熱が高い材料を有することを特徴とする請求項3または4に記載の容器。
- 前記蓄熱部は、アルミニウムおよび/またはB4C(炭化ホウ素)を有することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一つに記載の容器。
- 前記蓄熱部の前記材料は、耐熱性のある固定材によって、前記蓄熱部に保持されていることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一つに記載の容器。
- 前記固定材は、キャスタブルであることを特徴とする請求項7に記載の容器。
- 内表面により形成された内部室に、高温の物体を収容することが可能な容器であって、
前記内表面は、セラミックスで構成された複数の中空のセグメント部材で構成され、
各セグメント部材は、前記内表面の一部を構成する第1の面と、該第1の面と空間を介して対向する第2の面と、前記第1および第2の面をつなぐ側面とを有し、
前記第2の面および/または前記側面は、伝熱面積を抑制する形状を有し、
各セグメント部材は、空気よりも比熱の高い材料を含む蓄熱部を有することを特徴とする容器。 - 前記セラミックスは、チタン酸アルミニウム、スピネル、窒化珪素、炭化珪素、およびサイアロンの群から選定された1または2以上の材料で構成されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の容器。
- 各セグメント部材同士の間には、無機充填材料が設置されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の容器。
- 前記高温の物体は、溶融金属であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の容器。
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