真空断熱材の使用方法およびその真空断熱材
【課題】水素雰囲気下での断熱を安価に実現する。
【解決手段】所定間隔をもって位置する第１および第２板部（閉塞板部）を有し、これらにより閉じられた断熱空間３０を真空排気するとともに、断熱空間３０内に遊離するガスを吸収するゲッター３４を配設した真空断熱材（断熱パネル１０）の使用方法であって、第１板部１４を水素雰囲気下にある断熱対象（熱処理炉１の外壁２）側に配置して第２板部の側との断熱を図り、水素が第１板部を透過して断熱空間３０の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、断熱空間３０内の水素を外部に透過させて真空度を再生させる。
【解決手段】所定間隔をもって位置する第１および第２板部（閉塞板部）を有し、これらにより閉じられた断熱空間３０を真空排気するとともに、断熱空間３０内に遊離するガスを吸収するゲッター３４を配設した真空断熱材（断熱パネル１０）の使用方法であって、第１板部１４を水素雰囲気下にある断熱対象（熱処理炉１の外壁２）側に配置して第２板部の側との断熱を図り、水素が第１板部を透過して断熱空間３０の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、断熱空間３０内の水素を外部に透過させて真空度を再生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素雰囲気下で断熱を図るための真空断熱材の使用方法およびその真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より熱処理炉の外壁やタンクの外表面には、外部（大気）との断熱を図るために断熱構造が施されている。同様に、近年開発されている燃料電池では、燃料となる水素の断熱を図るために断熱構造を施した容器が使用されている。
【０００３】
これらの断熱構造には、真空断熱パネルや真空断熱容器を採用することが、小型（薄肉）化の点で有効である。しかし、これらの真空断熱材は、水素雰囲気下で加熱処理を行う熱処理炉や、水素を貯留するタンクおよび容器には適していない。即ち、水素は、真空断熱材の外装体から内部の断熱空間に透過する。そして、透過した水素はゲッターに吸着されるが、このゲッターが吸着能力を超えて飽和状態になると、内圧が上がって真空度（断熱性）を低下させ、断熱の目的を果たせなくなる。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、内部に水素が封入されたガス充填体の外側に真空二重構造の断熱体を配設し、これらの間に通気層（空間）を設け、この通気層に内容器を配設して水素の透過を抑制した断熱構造が記載されている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の断熱構造は、断熱体への水素の透過を抑制することは可能であるが、やはり徐々に水素が断熱体の断熱空間に透過し、真空度が低下する。そして、真空度が低下して断熱の目的が果たせなくなると、全ての断熱体を交換する必要があるため、多大な交換費用が必要になる。この問題は、表面積が大きい熱処理炉の場合に顕著に現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、水素雰囲気下での断熱を安価に実現可能な真空断熱材の使用方法およびその真空断熱材を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の真空断熱材の使用方法は、所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設した真空断熱材の使用方法であって、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置して前記第２板部の側との断熱を図り、水素が前記第１板部を透過して前記断熱空間の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、前記断熱空間内の水素を外部に透過させて真空度を再生させる構成としている。
【０００９】
この使用方法によれば、断熱空間に水素が透過することにより真空度が低下して目的の断熱性能が得られなくなると、非水素雰囲気下で真空断熱材を加熱することにより、水素分圧によって断熱空間内の水素を外部に放出することができる。その結果、真空断熱材の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。よって、水素雰囲気下で処理を行う熱処理炉や水素を貯留するタンクに採用しても、断熱設備に必要な経費を低減できる。また、大型の熱処理炉やタンクに真空断熱材を使用することにより、設備の断熱壁の薄肉化を図ることができる。
【００１０】
この真空断熱材の使用方法では、前記真空断熱材を、断熱対象からの被加熱温度より高い温度で加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、再生に必要な時間を短縮できる。
【００１１】
また、前記真空断熱材の第２板部に加熱手段を配設し、該加熱手段で第２板部を加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、真空断熱材を設備に取り付けたままの状態で再生することが可能になる。
または、前記真空断熱材を、加熱炉内で加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、複数の真空断熱材を纏めて再生することができるうえ、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コスト高になることを防止できる。
または、前記真空断熱材を、非水素雰囲気とした断熱対象により加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コスト高になることを防止できるうえ、取り外しや取り付けの作業が不要であるため、作業性を向上できる。
【００１２】
なお、この真空断熱材は、所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設し、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置する真空断熱材であって、前記第２板部の外面に加熱手段を配設したものである。
この真空断熱材は、断熱性能が低下すると、加熱手段を動作させることにより自己再生させることができるため、再生作業性を向上できる。
【００１３】
この真空断熱材では、前記ゲッターを、前記第２板部に対して前記加熱手段の内面側に位置するように配設することが好ましい。このようにすれば、ゲッターが吸着した水素を確実に放出させることができる。
【００１４】
また、前記第１板部および第２板部は、異なる材質の金属材料または無機材料からなり、前記第２板部は、前記加熱手段による加熱状態で、水素の透過率が第１板部より高いものであることが好ましい。このようにすれば、非水素雰囲気側に断熱空間内の水素を放出する割合が増え、断熱性能が低下するまでの時間を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の真空断熱材の使用方法では、断熱空間に水素が透過することにより真空度が低下すると、非水素雰囲気下で真空断熱材を加熱することにより、断熱空間内の水素を外部に放出することができる。その結果、真空断熱材の真空度を再生して、目的の断熱性能を復元できる。よって、断熱するための設備費用を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施形態の真空断熱材である断熱パネルを熱処理炉に配設した状態を示す断面図である。
【図２】断熱パネルを示す断面図である。
【図３】断熱パネルの外装体を示す分解斜視図である。
【図４】真空排気前の断熱パネルを示す斜視図である。
【図５】真空排気後の断熱パネルを示す斜視図である。
【図６】図１の要部拡大断面図である。
【図７】金属材料と水素の透過率を示すグラフである。
【図８】真空断熱材の変形例である断熱容器を示す断面図である。
【図９】真空断熱材の他の変形例である断熱容器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る実施形態の真空断熱材を使用した熱処理炉１を示す。この熱処理炉１は、水素雰囲気下でバーナー等によって約１０００℃に加熱することにより、所定の非処理物を熱処理するもので、その外壁２は断熱材により構成されている。この断熱材はセラミックボードからなり、その壁厚は、目的の断熱温度で決定される。本実施形態では、約４０℃まで断熱する構成としており、この断熱性能を断熱材だけで得るには、約５０ｃｍの壁厚が必要である。そこで、本実施形態では、約３５０℃まで断熱可能な壁厚で構成し、残りを３１０℃を真空断熱材により断熱する構成としている。これにより、断熱材の壁厚を、半分以下の約２０ｃｍに薄肉化できるように構成している。
【００１９】
図２乃至図６は、本実施形態に係る真空断熱材である断熱パネル１０を示す。この断熱パネル１０は、図２に示すように、外装体を構成する第１外装部材１１および第２外装部材１８と、これらにより形成される断熱空間３０，３１に配設するコア材３３とを備えている。この断熱パネル１０の外周部には、第１膨出部１２の膨出方向に沿って屈曲させた屈曲部３２が設けられている。また、断熱パネル１０は、コア材３３を配設した内部の断熱空間３０，３１を、真空排気した真空断熱パネルとして構成されている。さらに、第２外装部材１８の外面には、加熱手段であるマイカヒータ３５が配設されている。
【００２０】
第１外装部材１１は、肉厚0.2〜1.0ｍｍの薄い金属板により形成された平面視正方形状のものである。この第１外装部材１１は、図３に示すように、中央に４隅を面取りした正方形状をなすように第１膨出部１２が設けられている。この第１膨出部１２は、第１断熱空間３０を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された外周面である第１立上板部１３と、該第１立上板部１３の外縁を閉塞する第１閉塞板部１４とを備えている。
【００２１】
また、真空排気前の第１外装部材１１は、第１膨出部１２の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第１フランジ部１５を備えている。この第１フランジ部１５は、外周縁の側に位置する第１接合部１６と、第１膨出部１２の側に位置する第１非接合部１７とを有する。これらは平面状をなすように連続しており、図３では仮想線によって区画して示しているが、実際には何ら区画されていない。
【００２２】
第２外装部材１８は、第１外装部材１１と同様に、肉厚0.2〜1.0ｍｍの薄い金属板により形成された平面視正方形状のものである。この第１外装部材１１は、中央に正方形状をなすように、第１膨出部１２に対して逆向きに膨出する第２膨出部１９が設けられている。この第２膨出部１９は、第１膨出部１２とともに第１断熱空間３０を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された第２立上板部２０と、該第２立上板部２０の外縁を閉塞する第２閉塞板部２１とを備えている。そして、この第２閉塞部の中央には、内部の第１断熱空間３０に連通する円形状の排気孔２２が設けられ、この排気孔２２にチップ管２３が接合されている。
【００２３】
また、真空排気前の第２外装部材１８は、第２膨出部１９の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第２フランジ部２４を備えている。この第２フランジ部２４は、第１外装部材１１の第１フランジ部１５に重畳させて接合するためのもので、第１接合部１６に対応する第２接合部２５と、第１非接合部１７に対応する第２非接合部２６とを有する。第２非接合部２６は、第１断熱空間３０と連続する第２断熱空間３１を形成するためのもので、第２接合部２５から段状をなすように第２膨出部１９の膨出方向に膨出されている。この第２非接合部２６は、第２膨出部１９より膨出する寸法が小さく、本実施形態では、内部の第２断熱空間３１が約1.4〜7.0ｍｍの厚さで形成されるように構成している。また、第２非接合部２６は、打抜部２８の内縁に対して所定間隔をもって位置するように、膨出させていない凹陥部２７を備えている。この凹陥部２７内の平面部は第２接合部２５を構成する。また、凹陥部２７は、第１外装部材１１の第１立上板部１３の面取部１３ａに一致する。
【００２４】
本実施形態では、第１膨出部１２は、対向する第１立上板部１３，１３間の幅、即ち第１膨出部１２の膨出方向と直交する方向の幅が、第２膨出部１９の第２立上板部２０，２０間の幅より広くなるように形成されている。即ち、第１膨出部１２は、各フランジ部１５，２４の突出方向に沿って、第２膨出部１９より幅広になるように形成されている。また、各外装部材１１，１８のフランジ部１５，２４の接合部１６，２５には、４隅に正方形状に打ち抜いた打抜部２８が設けられている。この打抜部２８は、内縁に沿ってフランジ部１５，２４を屈曲させて屈曲部３２を形成するためのものである。さらに、各フランジ部１５，２４の接合部１６，２５には、他の断熱パネル１０を横方向に連結するための連結孔２９が、所定間隔をもって複数設けられている。
【００２５】
これら第１および第２外装部材１１，１８からなる外装体は、各フランジ部１５，２４を接合することにより、図４に示すように、所定間隔をもって位置する第１膨出部１２の第１閉塞板部１４と第２膨出部１９の第２閉塞板部２１とで、１つの第１断熱空間３０が形成される。また、フランジ部１５，２４には非接合部１７，２６、特に、膨出して形成された第２非接合部２６により、第１断熱空間３０に連通する第２断熱空間３１が形成される。そして、この接合状態で、各フランジ部１５，２４には、第２膨出部１９に沿って屈曲させることにより屈曲部３２が設けられる。この屈曲部３２は、図５に示すように、打抜部２８により隣接する屈曲部３２に対して直交状態となる。本実施形態の屈曲部３２は、第１外装部材１１の第１膨出部１２と第１フランジ部１５の境界（屈曲）部分で折り曲げることにより、第２フランジ部２４の第２非接合部２６をＵ字形状をなすように屈曲させるとともに、第１膨出部１２の第１立上板部１３と第１フランジ部１５が平面状をなすように延びる構成としている。また、屈曲部３２は、屈曲後の上端位置が第２膨出部１９の第２閉塞板部２１より上方に突出しないように、フランジ部１５，２４を寸法設定している。なお、この屈曲部３２は、排気孔２２から内部の空気を排気した後、および、排気孔２２から内部の空気を排気する前のいずれでも形成することができるが、屈曲加工に伴うリークの発生、および、その検査を考慮すると、排気前に行うことが好ましい。
【００２６】
ここで、外装部材１１，１８を構成するための金属は、図７に示すように、材質毎に水素の透過率が異なる。そして、この透過率は温度に依存しており、温度が高くなると透過も促進される。そこで、本実施形態では、第１外装部材１１を、鉄−クロム−ニッケルの合金であるＳＵＳ３０４からなるステンレスにより構成し、第２外装部材１８を、鉄−クロムの合金であるＳＵＳ４３０からなるステンレスにより構成している。これにより、これらのステンレスは、成分の違いにより透過率が異なり、ＳＵＳ４３０からなる第２外装部材１８が、ＳＵＳ３０４からなる第１外装部材１１より、同一加熱温度状態での水素の透過率が高くなるように構成している。
【００２７】
コア材３３は、第１および第２外装部材１１，１８より熱伝導度が低く、弾性変形が可能なもので、第１断熱空間３０と第２断熱空間３１に配設される。本実施形態では、密度が約１００〜１６０ｋｇ／ｍ３で、約２２０±３０ｋｇ／ｍ３まで圧縮可能なセラミックウールを使用している。但し、コア材３３は、弾性変形可能なセラミックウールに限られず、第１断熱空間３０にはセラミックボードやセラミックボールなどの弾性的な変形が不可能なコア材３３を配設し、変形（屈曲）される第２断熱空間３１には弾性的な変形が可能なコア材３３を配設する構成としてもよい。また、これらセラミック系のコア材３３は、その耐熱温度が１２００℃であるため、高温加熱に最適であるが、被加熱温度が５００℃未満である場合には、グラスウールを適用してもよい。
【００２８】
この断熱パネル１０の内部には、遊離するガスを吸収するゲッター３４が配設されている。このゲッター３４は、約４５０℃に加熱することにより活性化して、断熱空間３０，３１内を遊離する水素（Ｈ）、一酸化炭素（ＣＯ）および水（Ｈ２Ｏ）などのガスを吸収する周知のものである。このゲッター３４は、第２外装部材１８において、外面側に位置する第２閉塞板部２１の所定位置に接触するように配設されている。
【００２９】
マイカヒータ３５は、ゲッター３４を配設した第２外装部材１８の第２閉塞板部２１の外面に配設され、この第２外装部材１８を加熱することにより、該第２外装部材１８は勿論、伝熱により第１外装部材１１も加熱するものである。また、マイカヒータ３５は、第２閉塞板部２１を挟んでゲッター３４と内外に対応する位置に配設されている。なお、マイカヒータ３５は、マイカ板にニクロム線を巻回した周知のもので、１３００Ｗの出力により第２閉塞板部２１を約８００℃に加熱できるものである。
【００３０】
この断熱パネル１０を製造するには、第１外装部材１１、第２外装部材１８、コア材３３およびゲッター３４を配設する仮組ステップを実行した後、各外装部材１１，１８の外周部を接合する接合ステップを実行し、ついで、フランジ部１５，２４に屈曲部３２を形成する屈曲ステップを経て、内部の空気を排気する真空排気ステップを実行して製造される。
【００３１】
仮組ステップでは、第１外装部材１１の第１膨出部１２内にコア材３３を充填するとともに、第２外装部材１８の第２膨出部１９内および第２非接合部２６内にコア材３３を充填し、その状態で互いのフランジ部１５，２４が重畳するように配置して、各膨出部１２，１９を閉塞する。
【００３２】
接合ステップでは、重畳したフランジ部１５，２４の各非接合部１７，２６を除き、外周縁の側に位置する接合部１６，２５をシーム溶接によって全周にわたって接合する。これにより、図４に示すように、真空排気前の断熱パネル１０が形成される。
【００３３】
屈曲ステップでは、図５に示すように、第１外装部材１１の第１膨出部１２と第１フランジ部１５の屈曲部分を中心として、第１および第２外装部材１１，１８の各フランジ部１５，２４をそれぞれ第２膨出部１９の膨出方向に沿って屈曲させる。これにより、第２断熱空間３１を形成する第２非接合部２６は、塑性変形により若干容積が小さくなる部分が生じるが、第２断熱空間３１と第１断熱空間３０の連通状態は維持される。
【００３４】
真空排気ステップでは、仮組した断熱パネル１０を加熱炉内に配置し、約４５０℃に加熱してゲッター３４を活性化しながら、第２外装部材１８に接合したチップ管２３を通して、真空にすべき内部の断熱空間３０，３１を排気する。これにより、内部を減圧しつつ、外装部材１１，１８から放出されたガスを排出する。この際、断熱空間３０，３１内にはコア材３３が配設されているが、コア材３３は繊維状をなすため、その隙間からガスを十分に排気することができる。そして、断熱空間３０，３１内が所定の真空度に達するとチップ管２３を封止する。なお、活性化したゲッター３４は、第１および第２外装部材１１，１８から放出され、遊離した水素などのガスを吸収し、所定の真空度を維持する役割をなす。
【００３５】
最後に、このように製造した断熱パネル１０に対して、第２外装部材１８の第２閉塞板部２１にマイカヒータ３５を所定の固定具（図示せず）により固定する。この際、マイカヒータ３５は、前述のように、第２閉塞板部２１を挟んでゲッター３４の外面側に位置させる。
【００３６】
このように製造した断熱パネル１０は、第２膨出部１９に沿って屈曲させた屈曲部３２を設けているため、この屈曲部３２の周辺での剛性を高めることができる。その結果、断熱パネル１０を断熱を目的とする外壁２に配設し、第１外装部材１１または第２外装部材１８が高温に曝されて延びが作用しても、その延びによる変形を屈曲部３２で抑えることができる。よって、全体が変形することに伴う断熱性能の低下を防止できる。
【００３７】
また、本実施形態の断熱パネル１０は、第１外装部材１１と第２外装部材１８の両方に膨出部１２，１９を設け、第１外装部材１１の第１膨出部１２は横幅を広く形成するとともに、その境界部分で屈曲部３２を屈曲させる構成としている。そのため、図示のように、断熱パネル１０の外側面は平面状をなす。その結果、図６に示すように、複数の断熱パネル１０を敷設した際に、隣接する断熱パネル１０を密着させることができる。また、断熱パネル１０，１０間には、コア材３３が配設されていない領域が殆どなく、隣接する断熱パネル１０，１０の第２外装部材１１，１８の肉厚分だけとなる。よって、十分な断熱効果を得ることができる。しかも、本実施形態では、フランジ部１５，２４に連結孔２９を設け、隣接配置した断熱パネル１０，１０をボルトとナットで連結できるようにしているため、外壁２に敷設する際の取付作業性を向上できるとともに、敷設後の取付状態の安定性を向上できる。
【００３８】
このように製造された断熱パネル１０は、図示のように、断熱対象である熱処理炉１の断熱材からなる外壁２に、第１外装部材１１の第１閉塞板部１４が面接触するように敷設される。そして、この熱処理炉１は、内部に水素を充満させた水素雰囲気（約３５％）下で、バーナーによって加熱することにより非処理物を熱処理する。
【００３９】
この熱処理中には、内部の約１０００℃の熱が外壁２によって３５０℃まで断熱され、この３５０℃の熱が断熱パネル１０の第１外装部材１１の第１閉塞板部１４に加わる。そして、この断熱パネル１０では、真空排気した内部空間によって第２外装部材１８の第２閉塞板部２１の側が約４０℃になるように断熱する。また、この熱処理中には、内部の水素が断熱材からなる外壁２を透過して断熱パネル１０に至る。そのうち、一部の水素は、３５０℃に加熱されている断熱パネル１０の第１閉塞板部１４から断熱空間３０，３１に透過し、残りの水素は、隣接する断熱パネル１０，１０間の僅かな隙間から第２閉塞板部２１の側に漏出する。そして、断熱空間３０，３１に透過した水素は、ゲッター３４に吸着される。しかし、ゲッター３４が飽和状態になると、断熱パネル１０の断熱空間３０，３１の真空度が低下する。また、外部に漏出した水素は、熱処理炉１の既存の燃焼手段により燃焼される。
【００４０】
断熱パネル１０内に水素が透過することにより真空度が低下すると、外部である第２閉塞板部２１の側の温度が上昇する。この温度が例えば２００℃を越えると、断熱パネル１０の断熱パネル１０の断熱性能が低下したと判断し、メンテナンス（再生）作業を行う。
【００４１】
このメンテナンス作業では、まず、熱処理炉１内の水素を排気する。そして、この非水素雰囲気下で、熱処理炉１内をバーナーで加熱するとともに、マイカヒータ３５により第２外装部材１８を加熱する。これにより、各断熱パネル１０は、断熱対象である熱処理炉１の通常使用時の被加熱温度より高い温度で加熱される。
【００４２】
この状態では、断熱パネル１０内の水素濃度が、断熱パネル１０外の水素濃度より高い。そして、この状態で断熱パネル１０を加熱すると、外装部材１１，１８が３５０℃以上に加熱され、水素が透過し易い状態となる。また、第２閉塞板部２１を介してマイカヒータ３５によりゲッター３４が加熱され、吸着した水素を放出する。そして、水素分圧によって断熱空間３０，３１内の水素は外部に放出される。その結果、断熱パネル１０の断熱空間３０，３１の真空度が再生され、目的の断熱性能が復元される。
【００４３】
このように、本発明の使用方法では、水素雰囲気下で処理を行う熱処理炉１に真空排気した断熱パネル１０を採用し、使用により断熱性能が低下しても大規模な交換をすることなく、真空度を復元できる。よって、断熱設備に必要な経費を低減できる。また、この断熱パネル１０を採用した熱処理炉１は、断熱パネル１０が具備する断熱性能により外壁２を薄肉化できる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、再生加熱時には、通常使用時の被加熱温度より高い温度で加熱するため、再生に必要な時間を短縮できる。また、加熱手段であるマイカヒータ３５を第２閉塞板部２１に配設し、このマイカヒータ３５と熱処理炉１により加熱するため、断熱パネル１０の取り外しや取り付けの作業することなく、設備に取り付けたままの状態で自己再生することができる。よって、再生作業性を向上できる。さらに、本実施形態では、第２外装部材１８の水素の透過率が第１外装部材１１の水素の透過率より高くなるように構成しているため、水素は主に断熱材がない第２外装部材１８から外部に放出される。よって、非水素雰囲気側に断熱空間３０，３１内の水素を放出する割合が増え、断熱性能が低下するまでの時間を長くすることができる。
【００４５】
なお、本発明の真空断熱材の使用方法および真空断熱材は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、前記実施形態では、各断熱パネル１０に個別に配設した加熱手段であるマイカヒータ３５と、断熱対象である熱処理炉１の両方で断熱パネル１０を再生加熱する構成としたが、いずれか一方のみとしてもよい。なお、マイカヒータ３５だけで再生加熱する構成としても前記と同様の作用および効果を得ることができる。一方、熱処理炉１だけで再生加熱する構成とした場合には、再生に必要な加熱時間は、熱処理を行った同等の時間が必要になるが、個別の加熱手段を設ける必要がないため、その分コストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、断熱パネル１０に配設する加熱手段はマイカヒータ３５に限定されず、第２閉塞板部２１に誘導加熱コイルを配設するとともに、ゲッター３４の周辺に誘導加熱コイルへの高周波電流の通電時に生じる渦電流によって電磁誘導加熱される強磁性材料をコーティングや接合する構成としてもよい。
【００４８】
さらに、断熱パネル１０は、断熱対象の外壁２から取り外し、加熱炉内で加熱して再生する構成としてもよい。このようにすれば、複数の真空断熱材を纏めて希望温度に加熱して再生加熱できるうえ、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コストダウンを図ることができる。
【００４９】
また、前記実施形態では、第１外装部材１１と第２外装部材１８を金属材料により構成したが、無機材料により構成してもよい。
【００５０】
さらに、前記実施形態では、熱処理炉１の外壁２に断熱パネル１０を敷設するために、屈曲部３２を直交方向に屈曲させる構成したが、水素タンクのように平面視略円形状をなす外周壁に配設する場合には、連結状態で外周壁に沿って環状をなすように、屈曲部３２を所定角度で傾斜させて形成することが好ましい。
【００５１】
そして、前記実施形態では、本発明の真空断熱材を断熱パネル１０を用いて説明したが、有底筒状をなす真空二重容器であっても、同様の適用可能である。
【００５２】
具体的には、図８の変形例は、ガス充填体４０の断熱構造に適用する断熱体４１を示す。ガス充填体４０は、燃料電池の改質器の一部であり、内部に約７００℃の高温の水素が充填される。断熱体４１は、ステンレス鋼等の金属からなる内側部材４２と外側部材４３とを備え、その間に真空引きしてなる断熱空間４４が形成されている。この断熱空間４４には、前記と同様のゲッター４５が外側部材４３の内面に位置するように配設されている。そして、このゲッター４５と内外に対応するように、外側部材４３にはマイカヒータ４６が配設されている。これらガス充填体４０と断熱体４１との間には、多孔性材料であるセラミックボードからなる内層４７ａと石英ガラス板からなる外層４７ｂとで構成された内容器４７が配設されている。
【００５３】
このガス充填体４０内に充填された水素は、ガス充填体４０を透過して破線矢印で示すように内容器４７の内層４７ａに入り、ここで拡散して濃度と温度が低下して上方に流動し、外部に排出されるので、断熱体４１の断熱空間４４にはほとんど透過しない。しかし、使用に従って徐々に水素の透過が進むと、やはり断熱空間４４の真空度が低下して目的の断熱性能を得ることができない。そのため、このような状況になると、ガス充填体４０から取り外して非水素雰囲気下でマイカヒータ４６を動作させることにより、前記と同様にして断熱空間４４の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。よって、断熱体４１を交換することなく、断熱体４１を使用し続けることができる。
【００５４】
また、図９の変形例は、ガス充填体４０および内容器４７を用いることなく、直接内部に高温水素を収容するようにした真空二重容器５０を示す。この真空二重容器５０は、内容器５１と外容器５２とを備え、これらの間に断熱空間５３が形成されている。断熱空間５３には、外容器５２の内面に位置するようにゲッター５４が配設されている。また、外容器５２には、ゲッター５４と内外に対応するようにマイカヒータ５５が配設されている。そして、内容器５１と外容器５２の各口部５１ａ，５２ａは互いに接合され、その内部に別体の蓋５６が着脱可能に取り付けられている。この蓋５６は、蓋固定部材５７によって密閉状態が維持される。蓋固定部材５７は、蓋５６より大きいステンレス製の平板からなり、外容器５２の肩部に設けた非締付部５８に対してボルトを締め付けることにより、蓋５６を離脱不可能に固定できるようにしている。
【００５５】
このように構成した真空二重容器５０は、内部に水素を収容すると、水素が内容器５１を透過して断熱空間５３に侵入する。そして、経時的に断熱空間５３の真空度を低下させる。そのため、所定の断熱性能が得られなくなると、内部の水素を排出して非水素雰囲気とした状態で、マイカヒータ５５を動作させることにより、前記と同様に、断熱空間５３の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。
【００５６】
なお、これら真空二重容器からなる真空断熱材も勿論、マイカヒータからなる加熱手段の代わりに、加熱炉内で加熱することにより、再生させてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…熱処理炉（断熱対象）
２…外壁（断熱対象）
１０…断熱パネル（真空断熱材）
１１…第１外装部材
１４…第１閉塞板部（第１板部）
１８…第２外装部材
２１…第２閉塞板部（第２板部）
３０…第１断熱空間
３１…第２断熱空間
３３…コア材
３４…ゲッター
３５…マイカヒータ（加熱手段）
４０…ガス充填体（断熱対象）
４１…断熱体（真空断熱材）
４２…内側部材（第１板部）
４３…外側部材（第２板部）
４４…断熱空間
４５…ゲッター
４６…マイカヒータ（加熱手段）
５０…真空二重容器（真空断熱材）
５１…内容器（第１板部）
５２…外容器（第２板部）
５３…断熱空間
５４…ゲッター
５５…マイカヒータ（加熱手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素雰囲気下で断熱を図るための真空断熱材の使用方法およびその真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より熱処理炉の外壁やタンクの外表面には、外部（大気）との断熱を図るために断熱構造が施されている。同様に、近年開発されている燃料電池では、燃料となる水素の断熱を図るために断熱構造を施した容器が使用されている。
【０００３】
これらの断熱構造には、真空断熱パネルや真空断熱容器を採用することが、小型（薄肉）化の点で有効である。しかし、これらの真空断熱材は、水素雰囲気下で加熱処理を行う熱処理炉や、水素を貯留するタンクおよび容器には適していない。即ち、水素は、真空断熱材の外装体から内部の断熱空間に透過する。そして、透過した水素はゲッターに吸着されるが、このゲッターが吸着能力を超えて飽和状態になると、内圧が上がって真空度（断熱性）を低下させ、断熱の目的を果たせなくなる。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、内部に水素が封入されたガス充填体の外側に真空二重構造の断熱体を配設し、これらの間に通気層（空間）を設け、この通気層に内容器を配設して水素の透過を抑制した断熱構造が記載されている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の断熱構造は、断熱体への水素の透過を抑制することは可能であるが、やはり徐々に水素が断熱体の断熱空間に透過し、真空度が低下する。そして、真空度が低下して断熱の目的が果たせなくなると、全ての断熱体を交換する必要があるため、多大な交換費用が必要になる。この問題は、表面積が大きい熱処理炉の場合に顕著に現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、水素雰囲気下での断熱を安価に実現可能な真空断熱材の使用方法およびその真空断熱材を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の真空断熱材の使用方法は、所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設した真空断熱材の使用方法であって、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置して前記第２板部の側との断熱を図り、水素が前記第１板部を透過して前記断熱空間の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、前記断熱空間内の水素を外部に透過させて真空度を再生させる構成としている。
【０００９】
この使用方法によれば、断熱空間に水素が透過することにより真空度が低下して目的の断熱性能が得られなくなると、非水素雰囲気下で真空断熱材を加熱することにより、水素分圧によって断熱空間内の水素を外部に放出することができる。その結果、真空断熱材の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。よって、水素雰囲気下で処理を行う熱処理炉や水素を貯留するタンクに採用しても、断熱設備に必要な経費を低減できる。また、大型の熱処理炉やタンクに真空断熱材を使用することにより、設備の断熱壁の薄肉化を図ることができる。
【００１０】
この真空断熱材の使用方法では、前記真空断熱材を、断熱対象からの被加熱温度より高い温度で加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、再生に必要な時間を短縮できる。
【００１１】
また、前記真空断熱材の第２板部に加熱手段を配設し、該加熱手段で第２板部を加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、真空断熱材を設備に取り付けたままの状態で再生することが可能になる。
または、前記真空断熱材を、加熱炉内で加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、複数の真空断熱材を纏めて再生することができるうえ、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コスト高になることを防止できる。
または、前記真空断熱材を、非水素雰囲気とした断熱対象により加熱して再生することが好ましい。このようにすれば、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コスト高になることを防止できるうえ、取り外しや取り付けの作業が不要であるため、作業性を向上できる。
【００１２】
なお、この真空断熱材は、所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設し、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置する真空断熱材であって、前記第２板部の外面に加熱手段を配設したものである。
この真空断熱材は、断熱性能が低下すると、加熱手段を動作させることにより自己再生させることができるため、再生作業性を向上できる。
【００１３】
この真空断熱材では、前記ゲッターを、前記第２板部に対して前記加熱手段の内面側に位置するように配設することが好ましい。このようにすれば、ゲッターが吸着した水素を確実に放出させることができる。
【００１４】
また、前記第１板部および第２板部は、異なる材質の金属材料または無機材料からなり、前記第２板部は、前記加熱手段による加熱状態で、水素の透過率が第１板部より高いものであることが好ましい。このようにすれば、非水素雰囲気側に断熱空間内の水素を放出する割合が増え、断熱性能が低下するまでの時間を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の真空断熱材の使用方法では、断熱空間に水素が透過することにより真空度が低下すると、非水素雰囲気下で真空断熱材を加熱することにより、断熱空間内の水素を外部に放出することができる。その結果、真空断熱材の真空度を再生して、目的の断熱性能を復元できる。よって、断熱するための設備費用を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施形態の真空断熱材である断熱パネルを熱処理炉に配設した状態を示す断面図である。
【図２】断熱パネルを示す断面図である。
【図３】断熱パネルの外装体を示す分解斜視図である。
【図４】真空排気前の断熱パネルを示す斜視図である。
【図５】真空排気後の断熱パネルを示す斜視図である。
【図６】図１の要部拡大断面図である。
【図７】金属材料と水素の透過率を示すグラフである。
【図８】真空断熱材の変形例である断熱容器を示す断面図である。
【図９】真空断熱材の他の変形例である断熱容器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る実施形態の真空断熱材を使用した熱処理炉１を示す。この熱処理炉１は、水素雰囲気下でバーナー等によって約１０００℃に加熱することにより、所定の非処理物を熱処理するもので、その外壁２は断熱材により構成されている。この断熱材はセラミックボードからなり、その壁厚は、目的の断熱温度で決定される。本実施形態では、約４０℃まで断熱する構成としており、この断熱性能を断熱材だけで得るには、約５０ｃｍの壁厚が必要である。そこで、本実施形態では、約３５０℃まで断熱可能な壁厚で構成し、残りを３１０℃を真空断熱材により断熱する構成としている。これにより、断熱材の壁厚を、半分以下の約２０ｃｍに薄肉化できるように構成している。
【００１９】
図２乃至図６は、本実施形態に係る真空断熱材である断熱パネル１０を示す。この断熱パネル１０は、図２に示すように、外装体を構成する第１外装部材１１および第２外装部材１８と、これらにより形成される断熱空間３０，３１に配設するコア材３３とを備えている。この断熱パネル１０の外周部には、第１膨出部１２の膨出方向に沿って屈曲させた屈曲部３２が設けられている。また、断熱パネル１０は、コア材３３を配設した内部の断熱空間３０，３１を、真空排気した真空断熱パネルとして構成されている。さらに、第２外装部材１８の外面には、加熱手段であるマイカヒータ３５が配設されている。
【００２０】
第１外装部材１１は、肉厚0.2〜1.0ｍｍの薄い金属板により形成された平面視正方形状のものである。この第１外装部材１１は、図３に示すように、中央に４隅を面取りした正方形状をなすように第１膨出部１２が設けられている。この第１膨出部１２は、第１断熱空間３０を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された外周面である第１立上板部１３と、該第１立上板部１３の外縁を閉塞する第１閉塞板部１４とを備えている。
【００２１】
また、真空排気前の第１外装部材１１は、第１膨出部１２の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第１フランジ部１５を備えている。この第１フランジ部１５は、外周縁の側に位置する第１接合部１６と、第１膨出部１２の側に位置する第１非接合部１７とを有する。これらは平面状をなすように連続しており、図３では仮想線によって区画して示しているが、実際には何ら区画されていない。
【００２２】
第２外装部材１８は、第１外装部材１１と同様に、肉厚0.2〜1.0ｍｍの薄い金属板により形成された平面視正方形状のものである。この第１外装部材１１は、中央に正方形状をなすように、第１膨出部１２に対して逆向きに膨出する第２膨出部１９が設けられている。この第２膨出部１９は、第１膨出部１２とともに第１断熱空間３０を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された第２立上板部２０と、該第２立上板部２０の外縁を閉塞する第２閉塞板部２１とを備えている。そして、この第２閉塞部の中央には、内部の第１断熱空間３０に連通する円形状の排気孔２２が設けられ、この排気孔２２にチップ管２３が接合されている。
【００２３】
また、真空排気前の第２外装部材１８は、第２膨出部１９の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第２フランジ部２４を備えている。この第２フランジ部２４は、第１外装部材１１の第１フランジ部１５に重畳させて接合するためのもので、第１接合部１６に対応する第２接合部２５と、第１非接合部１７に対応する第２非接合部２６とを有する。第２非接合部２６は、第１断熱空間３０と連続する第２断熱空間３１を形成するためのもので、第２接合部２５から段状をなすように第２膨出部１９の膨出方向に膨出されている。この第２非接合部２６は、第２膨出部１９より膨出する寸法が小さく、本実施形態では、内部の第２断熱空間３１が約1.4〜7.0ｍｍの厚さで形成されるように構成している。また、第２非接合部２６は、打抜部２８の内縁に対して所定間隔をもって位置するように、膨出させていない凹陥部２７を備えている。この凹陥部２７内の平面部は第２接合部２５を構成する。また、凹陥部２７は、第１外装部材１１の第１立上板部１３の面取部１３ａに一致する。
【００２４】
本実施形態では、第１膨出部１２は、対向する第１立上板部１３，１３間の幅、即ち第１膨出部１２の膨出方向と直交する方向の幅が、第２膨出部１９の第２立上板部２０，２０間の幅より広くなるように形成されている。即ち、第１膨出部１２は、各フランジ部１５，２４の突出方向に沿って、第２膨出部１９より幅広になるように形成されている。また、各外装部材１１，１８のフランジ部１５，２４の接合部１６，２５には、４隅に正方形状に打ち抜いた打抜部２８が設けられている。この打抜部２８は、内縁に沿ってフランジ部１５，２４を屈曲させて屈曲部３２を形成するためのものである。さらに、各フランジ部１５，２４の接合部１６，２５には、他の断熱パネル１０を横方向に連結するための連結孔２９が、所定間隔をもって複数設けられている。
【００２５】
これら第１および第２外装部材１１，１８からなる外装体は、各フランジ部１５，２４を接合することにより、図４に示すように、所定間隔をもって位置する第１膨出部１２の第１閉塞板部１４と第２膨出部１９の第２閉塞板部２１とで、１つの第１断熱空間３０が形成される。また、フランジ部１５，２４には非接合部１７，２６、特に、膨出して形成された第２非接合部２６により、第１断熱空間３０に連通する第２断熱空間３１が形成される。そして、この接合状態で、各フランジ部１５，２４には、第２膨出部１９に沿って屈曲させることにより屈曲部３２が設けられる。この屈曲部３２は、図５に示すように、打抜部２８により隣接する屈曲部３２に対して直交状態となる。本実施形態の屈曲部３２は、第１外装部材１１の第１膨出部１２と第１フランジ部１５の境界（屈曲）部分で折り曲げることにより、第２フランジ部２４の第２非接合部２６をＵ字形状をなすように屈曲させるとともに、第１膨出部１２の第１立上板部１３と第１フランジ部１５が平面状をなすように延びる構成としている。また、屈曲部３２は、屈曲後の上端位置が第２膨出部１９の第２閉塞板部２１より上方に突出しないように、フランジ部１５，２４を寸法設定している。なお、この屈曲部３２は、排気孔２２から内部の空気を排気した後、および、排気孔２２から内部の空気を排気する前のいずれでも形成することができるが、屈曲加工に伴うリークの発生、および、その検査を考慮すると、排気前に行うことが好ましい。
【００２６】
ここで、外装部材１１，１８を構成するための金属は、図７に示すように、材質毎に水素の透過率が異なる。そして、この透過率は温度に依存しており、温度が高くなると透過も促進される。そこで、本実施形態では、第１外装部材１１を、鉄−クロム−ニッケルの合金であるＳＵＳ３０４からなるステンレスにより構成し、第２外装部材１８を、鉄−クロムの合金であるＳＵＳ４３０からなるステンレスにより構成している。これにより、これらのステンレスは、成分の違いにより透過率が異なり、ＳＵＳ４３０からなる第２外装部材１８が、ＳＵＳ３０４からなる第１外装部材１１より、同一加熱温度状態での水素の透過率が高くなるように構成している。
【００２７】
コア材３３は、第１および第２外装部材１１，１８より熱伝導度が低く、弾性変形が可能なもので、第１断熱空間３０と第２断熱空間３１に配設される。本実施形態では、密度が約１００〜１６０ｋｇ／ｍ３で、約２２０±３０ｋｇ／ｍ３まで圧縮可能なセラミックウールを使用している。但し、コア材３３は、弾性変形可能なセラミックウールに限られず、第１断熱空間３０にはセラミックボードやセラミックボールなどの弾性的な変形が不可能なコア材３３を配設し、変形（屈曲）される第２断熱空間３１には弾性的な変形が可能なコア材３３を配設する構成としてもよい。また、これらセラミック系のコア材３３は、その耐熱温度が１２００℃であるため、高温加熱に最適であるが、被加熱温度が５００℃未満である場合には、グラスウールを適用してもよい。
【００２８】
この断熱パネル１０の内部には、遊離するガスを吸収するゲッター３４が配設されている。このゲッター３４は、約４５０℃に加熱することにより活性化して、断熱空間３０，３１内を遊離する水素（Ｈ）、一酸化炭素（ＣＯ）および水（Ｈ２Ｏ）などのガスを吸収する周知のものである。このゲッター３４は、第２外装部材１８において、外面側に位置する第２閉塞板部２１の所定位置に接触するように配設されている。
【００２９】
マイカヒータ３５は、ゲッター３４を配設した第２外装部材１８の第２閉塞板部２１の外面に配設され、この第２外装部材１８を加熱することにより、該第２外装部材１８は勿論、伝熱により第１外装部材１１も加熱するものである。また、マイカヒータ３５は、第２閉塞板部２１を挟んでゲッター３４と内外に対応する位置に配設されている。なお、マイカヒータ３５は、マイカ板にニクロム線を巻回した周知のもので、１３００Ｗの出力により第２閉塞板部２１を約８００℃に加熱できるものである。
【００３０】
この断熱パネル１０を製造するには、第１外装部材１１、第２外装部材１８、コア材３３およびゲッター３４を配設する仮組ステップを実行した後、各外装部材１１，１８の外周部を接合する接合ステップを実行し、ついで、フランジ部１５，２４に屈曲部３２を形成する屈曲ステップを経て、内部の空気を排気する真空排気ステップを実行して製造される。
【００３１】
仮組ステップでは、第１外装部材１１の第１膨出部１２内にコア材３３を充填するとともに、第２外装部材１８の第２膨出部１９内および第２非接合部２６内にコア材３３を充填し、その状態で互いのフランジ部１５，２４が重畳するように配置して、各膨出部１２，１９を閉塞する。
【００３２】
接合ステップでは、重畳したフランジ部１５，２４の各非接合部１７，２６を除き、外周縁の側に位置する接合部１６，２５をシーム溶接によって全周にわたって接合する。これにより、図４に示すように、真空排気前の断熱パネル１０が形成される。
【００３３】
屈曲ステップでは、図５に示すように、第１外装部材１１の第１膨出部１２と第１フランジ部１５の屈曲部分を中心として、第１および第２外装部材１１，１８の各フランジ部１５，２４をそれぞれ第２膨出部１９の膨出方向に沿って屈曲させる。これにより、第２断熱空間３１を形成する第２非接合部２６は、塑性変形により若干容積が小さくなる部分が生じるが、第２断熱空間３１と第１断熱空間３０の連通状態は維持される。
【００３４】
真空排気ステップでは、仮組した断熱パネル１０を加熱炉内に配置し、約４５０℃に加熱してゲッター３４を活性化しながら、第２外装部材１８に接合したチップ管２３を通して、真空にすべき内部の断熱空間３０，３１を排気する。これにより、内部を減圧しつつ、外装部材１１，１８から放出されたガスを排出する。この際、断熱空間３０，３１内にはコア材３３が配設されているが、コア材３３は繊維状をなすため、その隙間からガスを十分に排気することができる。そして、断熱空間３０，３１内が所定の真空度に達するとチップ管２３を封止する。なお、活性化したゲッター３４は、第１および第２外装部材１１，１８から放出され、遊離した水素などのガスを吸収し、所定の真空度を維持する役割をなす。
【００３５】
最後に、このように製造した断熱パネル１０に対して、第２外装部材１８の第２閉塞板部２１にマイカヒータ３５を所定の固定具（図示せず）により固定する。この際、マイカヒータ３５は、前述のように、第２閉塞板部２１を挟んでゲッター３４の外面側に位置させる。
【００３６】
このように製造した断熱パネル１０は、第２膨出部１９に沿って屈曲させた屈曲部３２を設けているため、この屈曲部３２の周辺での剛性を高めることができる。その結果、断熱パネル１０を断熱を目的とする外壁２に配設し、第１外装部材１１または第２外装部材１８が高温に曝されて延びが作用しても、その延びによる変形を屈曲部３２で抑えることができる。よって、全体が変形することに伴う断熱性能の低下を防止できる。
【００３７】
また、本実施形態の断熱パネル１０は、第１外装部材１１と第２外装部材１８の両方に膨出部１２，１９を設け、第１外装部材１１の第１膨出部１２は横幅を広く形成するとともに、その境界部分で屈曲部３２を屈曲させる構成としている。そのため、図示のように、断熱パネル１０の外側面は平面状をなす。その結果、図６に示すように、複数の断熱パネル１０を敷設した際に、隣接する断熱パネル１０を密着させることができる。また、断熱パネル１０，１０間には、コア材３３が配設されていない領域が殆どなく、隣接する断熱パネル１０，１０の第２外装部材１１，１８の肉厚分だけとなる。よって、十分な断熱効果を得ることができる。しかも、本実施形態では、フランジ部１５，２４に連結孔２９を設け、隣接配置した断熱パネル１０，１０をボルトとナットで連結できるようにしているため、外壁２に敷設する際の取付作業性を向上できるとともに、敷設後の取付状態の安定性を向上できる。
【００３８】
このように製造された断熱パネル１０は、図示のように、断熱対象である熱処理炉１の断熱材からなる外壁２に、第１外装部材１１の第１閉塞板部１４が面接触するように敷設される。そして、この熱処理炉１は、内部に水素を充満させた水素雰囲気（約３５％）下で、バーナーによって加熱することにより非処理物を熱処理する。
【００３９】
この熱処理中には、内部の約１０００℃の熱が外壁２によって３５０℃まで断熱され、この３５０℃の熱が断熱パネル１０の第１外装部材１１の第１閉塞板部１４に加わる。そして、この断熱パネル１０では、真空排気した内部空間によって第２外装部材１８の第２閉塞板部２１の側が約４０℃になるように断熱する。また、この熱処理中には、内部の水素が断熱材からなる外壁２を透過して断熱パネル１０に至る。そのうち、一部の水素は、３５０℃に加熱されている断熱パネル１０の第１閉塞板部１４から断熱空間３０，３１に透過し、残りの水素は、隣接する断熱パネル１０，１０間の僅かな隙間から第２閉塞板部２１の側に漏出する。そして、断熱空間３０，３１に透過した水素は、ゲッター３４に吸着される。しかし、ゲッター３４が飽和状態になると、断熱パネル１０の断熱空間３０，３１の真空度が低下する。また、外部に漏出した水素は、熱処理炉１の既存の燃焼手段により燃焼される。
【００４０】
断熱パネル１０内に水素が透過することにより真空度が低下すると、外部である第２閉塞板部２１の側の温度が上昇する。この温度が例えば２００℃を越えると、断熱パネル１０の断熱パネル１０の断熱性能が低下したと判断し、メンテナンス（再生）作業を行う。
【００４１】
このメンテナンス作業では、まず、熱処理炉１内の水素を排気する。そして、この非水素雰囲気下で、熱処理炉１内をバーナーで加熱するとともに、マイカヒータ３５により第２外装部材１８を加熱する。これにより、各断熱パネル１０は、断熱対象である熱処理炉１の通常使用時の被加熱温度より高い温度で加熱される。
【００４２】
この状態では、断熱パネル１０内の水素濃度が、断熱パネル１０外の水素濃度より高い。そして、この状態で断熱パネル１０を加熱すると、外装部材１１，１８が３５０℃以上に加熱され、水素が透過し易い状態となる。また、第２閉塞板部２１を介してマイカヒータ３５によりゲッター３４が加熱され、吸着した水素を放出する。そして、水素分圧によって断熱空間３０，３１内の水素は外部に放出される。その結果、断熱パネル１０の断熱空間３０，３１の真空度が再生され、目的の断熱性能が復元される。
【００４３】
このように、本発明の使用方法では、水素雰囲気下で処理を行う熱処理炉１に真空排気した断熱パネル１０を採用し、使用により断熱性能が低下しても大規模な交換をすることなく、真空度を復元できる。よって、断熱設備に必要な経費を低減できる。また、この断熱パネル１０を採用した熱処理炉１は、断熱パネル１０が具備する断熱性能により外壁２を薄肉化できる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、再生加熱時には、通常使用時の被加熱温度より高い温度で加熱するため、再生に必要な時間を短縮できる。また、加熱手段であるマイカヒータ３５を第２閉塞板部２１に配設し、このマイカヒータ３５と熱処理炉１により加熱するため、断熱パネル１０の取り外しや取り付けの作業することなく、設備に取り付けたままの状態で自己再生することができる。よって、再生作業性を向上できる。さらに、本実施形態では、第２外装部材１８の水素の透過率が第１外装部材１１の水素の透過率より高くなるように構成しているため、水素は主に断熱材がない第２外装部材１８から外部に放出される。よって、非水素雰囲気側に断熱空間３０，３１内の水素を放出する割合が増え、断熱性能が低下するまでの時間を長くすることができる。
【００４５】
なお、本発明の真空断熱材の使用方法および真空断熱材は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、前記実施形態では、各断熱パネル１０に個別に配設した加熱手段であるマイカヒータ３５と、断熱対象である熱処理炉１の両方で断熱パネル１０を再生加熱する構成としたが、いずれか一方のみとしてもよい。なお、マイカヒータ３５だけで再生加熱する構成としても前記と同様の作用および効果を得ることができる。一方、熱処理炉１だけで再生加熱する構成とした場合には、再生に必要な加熱時間は、熱処理を行った同等の時間が必要になるが、個別の加熱手段を設ける必要がないため、その分コストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、断熱パネル１０に配設する加熱手段はマイカヒータ３５に限定されず、第２閉塞板部２１に誘導加熱コイルを配設するとともに、ゲッター３４の周辺に誘導加熱コイルへの高周波電流の通電時に生じる渦電流によって電磁誘導加熱される強磁性材料をコーティングや接合する構成としてもよい。
【００４８】
さらに、断熱パネル１０は、断熱対象の外壁２から取り外し、加熱炉内で加熱して再生する構成としてもよい。このようにすれば、複数の真空断熱材を纏めて希望温度に加熱して再生加熱できるうえ、個別に加熱手段を設ける必要がないため、コストダウンを図ることができる。
【００４９】
また、前記実施形態では、第１外装部材１１と第２外装部材１８を金属材料により構成したが、無機材料により構成してもよい。
【００５０】
さらに、前記実施形態では、熱処理炉１の外壁２に断熱パネル１０を敷設するために、屈曲部３２を直交方向に屈曲させる構成したが、水素タンクのように平面視略円形状をなす外周壁に配設する場合には、連結状態で外周壁に沿って環状をなすように、屈曲部３２を所定角度で傾斜させて形成することが好ましい。
【００５１】
そして、前記実施形態では、本発明の真空断熱材を断熱パネル１０を用いて説明したが、有底筒状をなす真空二重容器であっても、同様の適用可能である。
【００５２】
具体的には、図８の変形例は、ガス充填体４０の断熱構造に適用する断熱体４１を示す。ガス充填体４０は、燃料電池の改質器の一部であり、内部に約７００℃の高温の水素が充填される。断熱体４１は、ステンレス鋼等の金属からなる内側部材４２と外側部材４３とを備え、その間に真空引きしてなる断熱空間４４が形成されている。この断熱空間４４には、前記と同様のゲッター４５が外側部材４３の内面に位置するように配設されている。そして、このゲッター４５と内外に対応するように、外側部材４３にはマイカヒータ４６が配設されている。これらガス充填体４０と断熱体４１との間には、多孔性材料であるセラミックボードからなる内層４７ａと石英ガラス板からなる外層４７ｂとで構成された内容器４７が配設されている。
【００５３】
このガス充填体４０内に充填された水素は、ガス充填体４０を透過して破線矢印で示すように内容器４７の内層４７ａに入り、ここで拡散して濃度と温度が低下して上方に流動し、外部に排出されるので、断熱体４１の断熱空間４４にはほとんど透過しない。しかし、使用に従って徐々に水素の透過が進むと、やはり断熱空間４４の真空度が低下して目的の断熱性能を得ることができない。そのため、このような状況になると、ガス充填体４０から取り外して非水素雰囲気下でマイカヒータ４６を動作させることにより、前記と同様にして断熱空間４４の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。よって、断熱体４１を交換することなく、断熱体４１を使用し続けることができる。
【００５４】
また、図９の変形例は、ガス充填体４０および内容器４７を用いることなく、直接内部に高温水素を収容するようにした真空二重容器５０を示す。この真空二重容器５０は、内容器５１と外容器５２とを備え、これらの間に断熱空間５３が形成されている。断熱空間５３には、外容器５２の内面に位置するようにゲッター５４が配設されている。また、外容器５２には、ゲッター５４と内外に対応するようにマイカヒータ５５が配設されている。そして、内容器５１と外容器５２の各口部５１ａ，５２ａは互いに接合され、その内部に別体の蓋５６が着脱可能に取り付けられている。この蓋５６は、蓋固定部材５７によって密閉状態が維持される。蓋固定部材５７は、蓋５６より大きいステンレス製の平板からなり、外容器５２の肩部に設けた非締付部５８に対してボルトを締め付けることにより、蓋５６を離脱不可能に固定できるようにしている。
【００５５】
このように構成した真空二重容器５０は、内部に水素を収容すると、水素が内容器５１を透過して断熱空間５３に侵入する。そして、経時的に断熱空間５３の真空度を低下させる。そのため、所定の断熱性能が得られなくなると、内部の水素を排出して非水素雰囲気とした状態で、マイカヒータ５５を動作させることにより、前記と同様に、断熱空間５３の真空度を再生し、目的の断熱性能を復元できる。
【００５６】
なお、これら真空二重容器からなる真空断熱材も勿論、マイカヒータからなる加熱手段の代わりに、加熱炉内で加熱することにより、再生させてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…熱処理炉（断熱対象）
２…外壁（断熱対象）
１０…断熱パネル（真空断熱材）
１１…第１外装部材
１４…第１閉塞板部（第１板部）
１８…第２外装部材
２１…第２閉塞板部（第２板部）
３０…第１断熱空間
３１…第２断熱空間
３３…コア材
３４…ゲッター
３５…マイカヒータ（加熱手段）
４０…ガス充填体（断熱対象）
４１…断熱体（真空断熱材）
４２…内側部材（第１板部）
４３…外側部材（第２板部）
４４…断熱空間
４５…ゲッター
４６…マイカヒータ（加熱手段）
５０…真空二重容器（真空断熱材）
５１…内容器（第１板部）
５２…外容器（第２板部）
５３…断熱空間
５４…ゲッター
５５…マイカヒータ（加熱手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設した真空断熱材の使用方法であって、
前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置して前記第２板部の側との断熱を図り、水素が前記第１板部を透過して前記断熱空間の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、前記断熱空間内の水素を外部に透過させて真空度を再生させることを特徴とする真空断熱材の使用方法。
【請求項２】
前記真空断熱材を、断熱対象からの被加熱温度より高い温度で加熱して再生することを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項３】
前記真空断熱材の第２板部に加熱手段を配設し、該加熱手段で第２板部を加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項４】
前記真空断熱材を、加熱炉内で加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項５】
前記真空断熱材を、非水素雰囲気とした断熱対象により加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項６】
所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設し、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置する真空断熱材であって、
前記第２板部の外面に加熱手段を配設したことを特徴とする真空断熱材。
【請求項７】
前記ゲッターを、前記第２板部に対して前記加熱手段の内面側に位置するように配設したことを特徴とする請求項６に記載の真空断熱材。
【請求項８】
前記第１板部および第２板部は、異なる材質の金属材料または無機材料からなり、
前記第２板部は、前記加熱手段による加熱状態で、水素の透過率が第１板部より高いものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空断熱材。
【請求項１】
所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設した真空断熱材の使用方法であって、
前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置して前記第２板部の側との断熱を図り、水素が前記第１板部を透過して前記断熱空間の真空度が低下すると、非水素雰囲気下で加熱することにより、前記断熱空間内の水素を外部に透過させて真空度を再生させることを特徴とする真空断熱材の使用方法。
【請求項２】
前記真空断熱材を、断熱対象からの被加熱温度より高い温度で加熱して再生することを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項３】
前記真空断熱材の第２板部に加熱手段を配設し、該加熱手段で第２板部を加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項４】
前記真空断熱材を、加熱炉内で加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項５】
前記真空断熱材を、非水素雰囲気とした断熱対象により加熱して再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材の使用方法。
【請求項６】
所定間隔をもって位置する第１および第２板部を有し、これらにより閉じられた断熱空間を真空排気するとともに、該断熱空間内に遊離するガスを吸収するゲッターを配設し、前記第１板部を水素雰囲気下にある断熱対象側に配置する真空断熱材であって、
前記第２板部の外面に加熱手段を配設したことを特徴とする真空断熱材。
【請求項７】
前記ゲッターを、前記第２板部に対して前記加熱手段の内面側に位置するように配設したことを特徴とする請求項６に記載の真空断熱材。
【請求項８】
前記第１板部および第２板部は、異なる材質の金属材料または無機材料からなり、
前記第２板部は、前記加熱手段による加熱状態で、水素の透過率が第１板部より高いものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空断熱材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−３８５９４（Ｐ２０１１−３８５９４Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８６５９５（Ｐ２００９−１８６５９５）
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【出願人】（０００００２４７３）象印マホービン株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【出願人】（０００００２４７３）象印マホービン株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]