JP5411060B2 - 真空断熱構造体、真空断熱加熱ヒータおよび真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、閉じられた内部空間を真空排気した真空断熱構造体、真空断熱加熱ヒータおよび真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置に関するものである。

加熱炉などの高温熱源は、その壁面に断熱材を敷設することにより外部（大気）との断熱を図っている。

特許文献１には、断熱対象構造物の外壁面に配置する下側断熱要素と、この下側断熱要素の上側に積層配置する上側断熱要素とからなる複合断熱材が記載されている。そのうち、下側断熱要素は、金属製シートまたは無機質繊維シートからなる包囲体に、多孔質セラミクス系粒状体および／または中空セラミクス系粒状体を配設してなる。また、上側断熱要素は、マイカ質断熱板などの断熱板と、無機質材料からなる繊維で形成された無機質繊維シートとを積層したものである。そして、この複合断熱材は、断熱対象構造物の外壁面に対してグラファイト系シートからなる熱伝導異方性シートを介して配設されている。

しかし、この特許文献１の複合断熱材は、外壁面に下側断熱要素を敷設し、その上（外）側に複数の上側断熱要素を積層配置する必要があるため、部品点数が多いだけでなく、大きな占有スペースが必要である。その結果、狭い作業場での断熱要素としては適していない。

また、特許文献２には、断熱材として、対向する第１金属板および第２金属板の間の内部空間を真空排気してなる真空断熱構造体が記載されている。この真空断熱構造体の内部空間には、スペーサが配設されるとともに、このスペーサと第１および第２金属板の間に位置するように金属箔が配設されている。

この特許文献２に記載の断熱材は、内部に真空排気した断熱空間を有するため、特許文献１の断熱体の肉厚より薄い肉厚で同様の断熱性能が得られる。よって、狭い作業場での断熱要素として好適に使用できる。しかしながら、この真空断熱構造体においても更なる性能の向上が求められている。

さらに、特許文献３には、加熱室の上下に加熱室内を加熱するための加熱ヒータを配設した加熱調理装置が記載されている。この加熱調理装置の加熱ヒータは、加熱室を区画する板材に、面状発熱体を配設するとともに、面状発熱体の外面に真空断熱材を配設し、熱のロスをなくし、高いレベルの断熱性能と加熱効率を確保できるようにしている。

しかしながら、この特許文献３の加熱ヒータは、面状発熱体の外面に真空断熱材を配設しているため、部品点数が多く、組付作業性が悪い。また、面状発熱体は、所定形状に打ち抜いたまたは配設した発熱体をシートで挟み込んだものであるため、加熱室内を均一に加熱することはできない。

特開２００１−８２６８１号公報 特開２００２−１３０５８３号公報 特開２００２−２６７１８２号公報

本発明は、断熱対象物からの遮熱性能を向上するとともに、断熱対象物の均熱を図ることが可能な真空断熱構造体を提供することを第１の課題とするものである。また、加熱効率が良好で、加熱対象物を均一に加熱することが可能な真空断熱加熱ヒータを提供することを第２の課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の真空断熱構造体は、対向する第１および第２金属板の間の内部空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気してなる真空断熱構造体において、前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設した構成としている。

この真空断熱構造体は、熱伝導部材を配設した第１金属板を、断熱対象物である加熱源の側に配置する。そして、この真空断熱構造体では、第１金属板に加えられた熱は、熱伝導部材が吸熱するため、例え第１金属板に対して局部的に熱が加わった場合でも、第１金属板の全体に熱を分散する。その結果、局部的に加わった熱がスペーサを介して第２金属板へ伝熱することを抑制できる。また、熱伝導部材によって第１金属板に局部的に加わった熱を分散できるため、内部の均熱を図ることができる。

そして、第１発明の真空断熱構造体は、前記第１金属板の所定位置に、前記熱伝導部材を接触させるための支持部を設けた構成としている。これにより、確実に均熱効果を得ることができるようにしている。この第１発明の真空断熱構造体は、前記第１金属板または第２金属板に、前記熱伝導部材が位置するか否かを示す指示部を設けることが好ましい。このようにすれば、誤使用によって十分に遮熱性能が得られなくなることを防止できる。
また、第２発明の真空断熱構造体は、前記第１金属板に、前記熱伝導部材が位置することを示すとともに、前記熱伝導部材を接触させるための凹部を設けた構成としている。これにより、誤使用によって十分に遮熱性能が得られなくなることを防止できるとともに、確実に均熱効果を得ることができるようにしている。
さらに、第３発明の真空断熱構造体は、前記第１金属板に、加熱ヒータを内蔵させた構成としている。

これら真空断熱構造体では、前記熱伝導部材はグラファイトシートからなることが好ましい。このようにすれば、前述の作用を十分かつ確実に得ることができる。また、グラファイトシートの耐熱温度は、大気中では４００℃であり、真空中では大気中の２〜５倍である。そのため、このグラファイトシートを使用した真空断熱構造体は、加熱炉などの高温環境下でも十分に使用できる。

なお、本発明の真空断熱加熱ヒータは、対向する第１および第２金属板の間の内容空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気したもので、前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設するとともに、前記第１金属板に加熱ヒータを内蔵、または、前記第１金属板と前記熱伝導部材との間に加熱ヒータを配設、または、前記熱伝導部材と前記スペーサとの間に加熱ヒータを配設したものである。

この真空断熱加熱ヒータは、加熱ヒータを第１金属板に内蔵しているため、部品点数の削減を図り、組付作業性を向上できる。また、加熱ヒータには、第１金属板より熱伝達率が高い熱伝導部材が接触しているため、加熱ヒータの熱を第１金属板に対して均等に分散できる。よって、加熱対象物を均等に加熱できる。さらに、真空断熱加熱ヒータは、加熱ヒータと反対の第２金属板の側に、真空排気した内部空間を有するため、第２金属板の側からの放熱を防止できる。よって、不要な電力消費を防止し、加熱効率の向上を図ることができる。

この真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置は、前記第２金属板の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段による検出温度が予め設定した基準温度を超えると、前記加熱ヒータによる加熱を停止することが好ましい。

この加熱装置は、第２金属板が予め設定した基準温度を超えると、即ち内部空間の真空度が低下すると、加熱ヒータによる加熱を停止するため、安全性を確保できる。そのため、この加熱装置の１つであるホットプレートなどの家庭用電気製品に用いた場合に好適である。

本発明の真空断熱構造体では、第１金属板に加えられた熱を熱伝導部材が吸熱するため、例え第１金属板に対して局部的に熱が加わった場合でも、第１金属板の全体に熱を分散できる。よって、局部的に加わった熱がスペーサを介して第２金属板へ伝熱することを抑制できるため、遮熱性能を向上できる。しかも、熱伝導部材によって第１金属板の全体に熱を分散できるため、断熱対象物内の均熱を図ることができる。

また、第１金属板に加熱ヒータを内蔵した真空断熱加熱ヒータは、加熱対象物を均一に加熱できるとともに、第２金属板の側からの放熱を防止できるため、不要な電力消費を防止し、加熱効率を向上できる。また、この真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置は、第２金属板の温度が予め設定した基準温度を超えると、加熱ヒータによる加熱を停止する構成とすることにより、特に家庭用電気製品として好適に使用できる。

本発明の第１実施形態の真空断熱構造体である断熱パネルを示し、（Ａ）は第１金属板の側から見た斜視図、（Ｂ）は第２金属板の側から見た斜視図、（Ｃ）は要部断面図である。 図１の断熱パネルの組立前の分解斜視図である。 第２実施形態の断熱パネルを示し、（Ａ）は第１金属板の側から見た斜視図、（Ｂ）は第２金属板の側から見た斜視図、（Ｃ）は要部断面図である。 図３の断熱パネルの組立前の分解斜視図である。 第３実施形態の断熱パネルを示し、（Ａ）は第１金属板の側から見た斜視図、（Ｂ）は第２金属板の側から見た斜視図、（Ｃ）は要部断面図である。 第４実施形態の断熱パネルを示し、（Ａ）は第１金属板の側から見た斜視図、（Ｂ）は第２金属板の側から見た斜視図、（Ｃ）は要部断面図である。 図５の断熱パネルの組立前の分解斜視図である。 第５実施形態の断熱パネルを示す要部断面図である。 本発明の効果を確認するための実験方法を説明するための断面図である。 実験結果を示すグラフである。 本発明の第６実施形態の真空断熱構造体である真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置を示す断面図である。 第６実施形態の真空断熱加熱ヒータを用いた他の加熱装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る真空断熱構造体である真空断熱パネル１０Ａを示す。この真空断熱パネル１０Ａは、図１（Ｃ）に示すように、一対の金属板１１Ａ，１１Ｂ内に形成される内部空間１５に、スペーサとして多数（本実施形態では３枚）のコア材１８Ａ〜１８Ｃが配設されるとともに、各コア材１８Ａ〜１８Ｃの間に金属箔１９Ａ，１９Ｂが配設されている。そして、本実施形態の真空断熱パネル１０Ａには、内部空間１５に、内外の遮熱性能を向上するとともに、内部の均熱を図るための熱伝導部材２０を更に配設したものである。

図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂは、熱伝導率が低く、加工性に優れた薄肉（約０．１〜１．０ｍｍ）のステンレス（ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１０など）により構成されている。これら金属板１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ矩形状をなす配設部１２Ａ，１２Ｂを有し、その外周部には屈曲加工により外壁部１３Ａ，１３Ｂと接合部１４Ａ，１４Ｂとが形成されている。外壁部１３Ａ，１３Ｂは、配設部１２Ａ，１２Ｂの外周部から内面側となる方向に屈曲されている。接合部１４Ａ，１４Ｂは、配設部１２Ａ，１２Ｂに対して平行に延びるように外壁部１３Ａ，１３Ｂの縁から外向きに屈曲されている。そして、これら接合部１４Ａ，１４Ｂは、互いに重畳するように位置決めされ、シーム溶接等の圧接またはＴＩＧ溶接等の融接、ＭＩＧブレージング等によって接合される。なお、この金属板１１Ａ，１１Ｂは、熱伝導率が１６．７Ｗ／ｍ・Ｋである。

これら金属板１１Ａ，１１Ｂは、互いの接合部１４Ａ，１４Ｂを接合した状態では、外壁部１３Ａ，１３Ｂにより互いの配設部１２Ａ，１２Ｂ間に所定間隔の内部空間１５が形成される。また、本実施形態の真空断熱パネル１０Ａは、第１の金属板１１Ａを断熱対象物に接触させて配設する構成としている。そのため、図２に示すように、断熱対象物に接触しない外部（大気）側に位置される第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂには、略中央に円筒形状をなすように突出する排気部１６が形成されている。この排気部１６は、内部空間１５を真空排気した後に封止される。この第１実施形態の排気部１６は、形成されている第２の金属板１１Ｂの側には熱伝導部材２０が位置しないことを示す指示部の役割をなす。なお、排気部１６には、チップ管を配設する構成としてもよい。

コア材１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂより熱伝導率が小さい、弾性変形が可能なスペーサである。これらコア材１８Ａ〜１８Ｃは、金属板１１Ａ，１１Ｂへの配設状態で、外側部が外壁部１３Ａ，１３Ｂに接触しないように構成されている。本実施形態では、密度が約１００〜１６０ｋｇ／ｍ^３で、約２２０±３０ｋｇ／ｍ^３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１８Ａ〜１８Ｃは、弾性変形可能なセラミックウールに限られず、セラミックボードなどの弾性的な変形が不可能なものを適用することも可能である。また、これらセラミック系のコア材１８Ａ〜１８Ｃ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。

金属箔１９Ａ，１９Ｂは、輻射伝熱を防止するもので、各コア材１８Ａ〜１８Ｃの間にそれぞれ配設されている。即ち、金属箔１９Ａ，１９Ｂは、第１の金属板１１Ａとコア材１８Ａとの間、および、第２の金属板１１Ｂとコア材１８Ｃとの間には、配設されていない。金属箔１９Ａ，１９Ｂは、銅やアルミニウムからなり、コア材１８Ａ〜１８Ｃと略同一面積の矩形状に形成されている。これにより金属箔１９Ａ，１９Ｂが金属板１１Ａ，１１Ｂの外壁部１３Ａ，１３Ｂには接触しないように構成している。

熱伝導部材２０は、断熱対象物の側に配置される第１の金属板１１Ａとコア材１８Ａとの間だけに、面接触するように配設されている。即ち、熱伝導部材２０は、断熱対象物の側に位置しない第２の金属板１１Ｂとコア材１８Ｃとの間には、配設されない。この熱伝導部材２０は、第１の金属板１１Ａの配設部１２Ａと略同一面積で設けられている。本実施形態の熱伝導部材２０は、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂより熱伝導率が高い薄肉（１００μｍ）のグラファイトシートからなる。ここで、このグラファイトシートは、炭素原子が層状に集まったもので、熱伝導率が８００Ｗ／ｍ・Ｋである。また、グラファイトシートの耐熱温度は、大気中では４００℃であり、真空中では大気中の２〜５倍である。そのため、このグラファイトシートを使用した真空断熱構造体は、加熱炉などの高温環境下でも十分に使用できる。

これらの構成部品からなる真空断熱パネル１０Ａを製造する場合には、例えば、第１の金属板１１Ａの内面側を上向きに配置した状態で、熱伝導部材２０、コア材１８Ａ、金属箔１９Ａ、コア材１８Ｂ、金属箔１９Ｂおよびコア材１８Ｃを順番に配置する。また、金属板１１Ａの内部所定位置に、真空排気後に内部空間１５で発生したガス等を吸収し、所望の真空度を維持するためのゲッター（図示せず）を配設する。そして最後に、コア材１８Ｃの上側に被せるように第２の金属板１１Ｂを配置する。この際、非圧縮状態のコア材１８Ａ〜１８Ｃが圧縮される。なお、第２の金属板１１Ｂに対して各部材を配設することも可能である。

このようにして第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂ内に各部材を収容させると、重畳された接合部１４Ａ，１４Ｂを接合する。この状態で、排気部１６に周知の排気装置を接続して、内部空間１５が所定の真空度に達するまで真空排気する。そして、内部空間１５を所定の真空度まで排気すると、排気部１６を封止して内部空間１５を密封する。

このように構成した真空断熱パネル１０Ａは、断熱対象物である加熱炉の壁面に対して、第１の金属板１１Ａが接触するように配置する。この際、本実施形態では、第２の金属板１１Ｂに排気部１６を設けているため、この排気部１６が壁面側に位置しないように配置するだけで、確実に壁面側に熱伝導部材２０が位置するように配置できる。

そして、この真空断熱パネル１０Ａは、金属板１１Ａ，１１Ｂの間の内部空間１５を真空排気したものであるため、全体の厚さを薄肉化したうえで高い断熱性能を得ることができる。そして、各コア材１８Ａ〜１８Ｃの間には、輻射伝熱を防止する金属箔１９Ａ，１９Ｂを配設しているため、断熱性能を向上できる。

また、本実施形態の真空断熱パネル１０Ａは、断熱対象物の側に位置するように内部空間１５に熱伝導部材２０を配設している。そして、この熱伝導部材２０は、第１の金属板１１Ａに加えられた熱を吸熱して、全面に伝熱（放熱）する。即ち、第１の金属板１１Ａに対して局部的に熱が加わった場合でも、第１の金属板１１Ａの全体に熱を分散する。その結果、局部的に加わった熱がコア材１８Ａ〜１８Ｃを介して第２の金属板１１Ｂへ伝熱することを抑制できるため、遮熱性能を向上できる。また、熱伝導部材２０によって第１の金属板１１Ａに局部的に加わった熱を分散できるため、断熱対象物内の均熱を図ることができる。

（第２実施形態）
図３および図４は第２実施形態の真空断熱パネル１０Ｂを示す。この真空断熱パネル１０Ｂは、第１の金属板１１Ａに補強用の凹部２１ａ〜２１ｄを設け、この凹部２１ａ〜２１ｄによって熱伝導部材２０が位置することを示すとともに、熱伝導部材２０を均等に接触させるようにした点で、第１実施形態と大きく相違している。

具体的には、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂのうち、熱伝導部材２０を接触配置する第１の金属板１１Ａには、配設部１２Ａに内向きに窪む凹部２１ａ〜２１ｄが設けられている。凹部２１ａは、配設部１２Ａの中心に位置する平面視円形状の窪みである。凹部２１ｂは、凹部２１ａの外周に所定間隔をもって位置する円環状の窪みである。凹部２１ｃは、凹部２１ｂの外周に所定間隔をもって位置する円環状の窪みである。凹部２１ｄは、配設部１２Ａの４隅に位置するように凹部２１ｃの外周に所定間隔をもって位置する略三角形状の窪みである。このような凹部２１ａ〜２１ｄは、逆側に位置する第２の金属板１１Ｂには形成していない。

また、第２実施形態の真空断熱パネル１０Ｂには、排気部１６を第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂに設ける代わりに、第１の金属板１１Ａの一辺の接合部１４Ａ−１に設ける構成としている。具体的には、図４に示すように、接合前の第１の金属板１１Ａは、一辺の接合部１４Ａ−１が外向きに突出するように延設され、その延設部分に円筒形状をなすように突出する排気部１６が形成されている。この排気部１６は、内部空間１５と連通するように開口されている。同様に、第２の金属板１１Ｂには、排気部１６の下面を閉塞するように一辺の接合部１４Ｂ−１が延設されている。なお、延設した接合部１４Ａ−１，１４Ｂ−１に排気部１６を設ける代わりに、第１実施形態と同様に、第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂに排気部１６を設けてもよい。

そして、この第２実施形態の真空断熱パネル１０Ｂを製造する場合には、第１実施形態と同様にして、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂの内部に、熱伝導部材２０、コア材１８Ａ、金属箔１９Ａ、コア材１８Ｂ、金属箔１９Ｂおよびコア材１８Ｃを配置する。

その後、重畳された接合部１４Ａ，１４Ｂを接合する。この際、接合部１４Ａ−１，１４Ｂ−１は、排気部１６から外壁部１３Ａ，１３Ｂにかけた所定領域を除いて接合する。この状態で、排気部１６に周知の排気装置を接続して、内部空間１５が所定の真空度に達するまで真空排気する。なお、この真空排気は、排気部１６から外壁部１３Ａ，１３Ｂにかけた所定領域を接合していないため、その隙間から十分に排気可能である。そして、内部空間１５を所定の真空度まで排気すると、排気部１６を封止して内部空間１５を密封する。

この第２実施形態の真空断熱パネル１０Ｂは、第１実施形態と同様に、断熱対象物である加熱炉の壁面に対して、第１の金属板１１Ａが接触するように配置する。この際、本実施形態では、第１の金属板１１Ａに凹部２１ａ〜２１ｄを設けているため、この指示部の役割をなす凹部２１ａ〜２１ｄを壁面側に位置するように配置するだけで、確実に壁面側に熱伝導部材２０が位置するように配置できる。

そして、この真空断熱パネル１０Ｂを使用すると、第１実施形態と同様の作用および効果を確実に得ることができる。即ち、第１の金属板１１Ａには、主に配設部１２Ａの凹部２１ａ〜２１ｄを除く領域から熱が加わり、熱伝導により凹部２１ａ〜２１ｄに伝わる。そして、熱伝導部材２０は、第１の金属板１１Ａに加えられた熱を凹部２１ａ〜２１ｄから吸熱して、全面に伝熱する。即ち、これら凹部２１ａ〜２１ｄは、その底部が熱伝導部材２０を第１の金属板１１Ａに対して全面的に均等に接触させるための支持部の役割をなす。ここで、凹部２１ａ〜２１ｄを設けない場合、第１の金属板１１Ａは、変形が生じると熱伝導部材２０が一部しか接触しない。しかし、本実施形態では、配設部１２Ａに対して均等に位置するように設けた凹部２１ａ〜２１ｄにより、第１の金属板１１Ａに対して局部的に熱が加わった場合でも、第１の金属板１１Ａの全体に熱を分散する。その結果、遮熱性能を向上できるとともに、断熱対象物内の均熱を図ることができる。

（第３実施形態）
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第３実施形態の真空断熱パネル１０Ｃを示す。この第３実施形態では、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂの両方に補強用の凹部２１ａ〜２１ｄ，２２を設けた点で、第２実施形態と相違する。具体的には、第１の金属板１１Ａの配設部１２Ａには、第２実施形態と同様の凹部２１ａ〜２１ｄが設けられている。また、第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂには、均等に位置するように矩形状をなす４個の第２凹部２２が設けられている。即ち、第３実施形態では、金属板１１Ａ，１１Ｂの両方に補強用の凹部２１ａ〜２１ｄ，２２を設けているが、その凹部２１ａ〜２１ｄ，２２による模様が異なるように構成している。このように構成した第３実施形態では、第２実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、この第３実施形態においても、延設した接合部１４Ａ−１，１４Ｂ−１に排気部１６を設ける代わりに、第１実施形態と同様に、第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂに排気部１６を設けてもよい。

（第４実施形態）
図６および図７は第４実施形態の真空断熱パネル１０Ｄを示す。この第４実施形態では、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂを異なる形状（構成）で形成し、かつ、内部空間１５に配設するスペーサの構成を変更した点で、各実施形態と大きく相違する。

具体的には、図７に示すように、第４実施形態の第１の金属板１１Ａは、各実施形態と同様に、外壁部１３Ａと接合部１４Ａとを備えている。そのうち、外壁部１３Ａは、各実施形態の外壁部１３Ｂを加算した寸法で形成している。一方、第２の金属板１１Ｂは、各実施形態に示す外壁部１３Ｂを設けることなく、配設部１２Ｂの外周部に接合部１４Ｂを一体的かつ平面状をなすように設けたものである。なお、図７中２点鎖線は、配設部１２Ｂと接合部１４Ｂの境界を示すことを目的とした仮想線である。また、この第４実施形態においても、延設した接合部１４Ａ−１，１４Ｂ−１に排気部１６を設ける代わりに、第１実施形態と同様に、第２の金属板１１Ｂの配設部１２Ｂに排気部１６を設けてもよい。

また、第４実施形態のスペーサは、多数の球状部材２３からなり、この球状部材２３を位置決め部材２４によって内部空間１５の所定位置に位置決めして配設したものである。

球状部材２３は、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂの間に配設される球状のものである。この球状部材２３は、金属板１１Ａ，１１Ｂより熱伝導率が低く耐熱性が高い、硬質（ビッカーズ硬さ1150〜1200ＨＶ）なセラミックの一種であるジルコニア（Ｚｒｏ_２）により形成されている。本実施形態の球状部材２３は、内部空間１５でマトリクス状をなすように縦横に所定間隔をもって配設され、その直径は、内部空間１５の間隔と熱伝導部材２０の肉厚を減算した寸法で形成されている。なお、球状部材２３はセラミックボールに限られず、シリカ（ＳｉＯ_２）製や耐熱性樹脂製であってもよく、熱伝導率が低く硬質なものであればいずれでもよい。

位置決め部材２４は、球状部材２３を所定位置に位置決めして金属板１１Ａ，１１Ｂの間に配設するためのものである。この位置決め部材２４は、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂより熱伝導率が小さく、可撓性を有する軟質な繊維シートからなる。本実施形態の位置決め部材２４は、短いガラス繊維またはセラミック繊維からなり、配設部１２Ａ，１２Ｂと略同一面積の矩形状で、肉厚は球状部材２３の直径より薄肉に形成されている。また、位置決め部材２４には、球状部材２３を配設する位置に、この球状部材２３より小径の貫通孔からなる位置決め部２５が設けられている。これにより、位置決め部材２４は、金属板１１Ｂおよび熱伝導部材２０の両方または一方に対して非接触状態を維持した状態で配置できるように構成している。なお、位置決め部材２４を一方に接触させる場合には、その接触側は、熱伝導部材２０を配設していない第２の金属板１１Ｂに位置させることが好ましい。

この第４実施形態の真空断熱パネル１０Ｄを製造する場合には、第１の金属板１１Ａの内部に熱伝導部材２０を配設した後に、その上側に球状部材２３を位置決めした位置決め部材２４を配設する。そして、各実施形態と同様に、第２の金属板１１Ｂを配設して接合した後、真空排気して封止する。

そして、この第４実施形態の真空断熱パネル１０Ｄは、各実施形態と同様に、断熱対象物である加熱炉の壁面に対して、第１の金属板１１Ａが接触するように配置する。この際、本実施形態では、第１の金属板１１Ａには外壁部１３Ａを設け、第２の金属板１１Ｂには外壁部１３Ｂを設けていないため、その形状の違いが指示部の役割をなす。よって、確実に壁面側に熱伝導部材２０が位置するように配置できる。

また、この真空断熱パネル１０Ｄを使用すると、各実施形態と同様の作用および効果を確実に得ることができる。即ち、真空断熱パネル１０Ｄの内部には多数の球状部材２３が配設されている。そして、この球状部材２３は、熱伝導部材２０を第１の金属板１１Ａの平面状をなす配設部１２Ａに対して均等に点接触させるための支持部の役割をなす。よって、熱伝導部材２０は、第１の金属板１１Ａに対して局部的に熱が加わった場合でも、第１の金属板１１Ａの全体に熱を分散する。その結果、遮熱性能を向上できるとともに、断熱対象物内の均熱を図ることができる。しかも、本実施形態のスペーサは球状部材２３からなり、内部の殆どが空間となるため、球状部材２３および位置決め部材２４を介して第２の金属板１１Ｂへ伝熱することを確実に抑制できる。

また、本実施形態のスペーサである球状部材２３は、位置決め部材２４によって所定位置に配設されるため、組立作業性は良好である。しかも、位置決め部材２４の位置決め部２５は、球状の球状部材２３より小径の孔からなるため、球状部材２３を容易かつ確実に所定位置に配置した状態で、金属板１１Ａ，１１Ｂの間に配設できる。そして、位置決め部材２４は、球状部材２３の直径より薄肉の繊維シートからなるため、少なくとも熱伝導部材２０に接しないように配設することが可能であり、この位置決め部材２４を介した伝熱を防止できる。

（第５実施形態）
図８は第５実施形態の真空断熱パネル１０Ｅを示す。この第５実施形態では、第４実施形態と同様の金属板１１Ａ，１１Ｂの内部空間１５に、第１乃至第３実施形態と同様のコア材１８Ａ〜１８Ｃと金属箔１９Ａ，１９Ｂをスペーサとして配設した点で、第４実施形態と相違している。このように構成した第５実施形態は、第１乃至第３実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（実験例）
本発明者らは、本発明の構成による効果を確認するために、第１実施形態に示す真空断熱パネル１０Ａと、この真空断熱パネル１０Ａとは熱伝導部材２０を配設していない点でのみ相違する比較例を用いて熱伝導に関する実験を行った。この実験では、図９に示すように、第１の金属板１１Ａの中心位置Ａに１００℃を超える高熱を加え、その中心位置Ａ、配設部１２Ａの外周位置Ｃ、これらの中間位置Ｂ、対称に位置する第２の金属板１１Ｂの中心位置Ｆ、外周位置Ｄおよび中間位置Ｅの温度を測定した。その実験結果を図１０に示す。

図１０に示すように、白抜きの棒グラフで示す熱伝導部材２０がない比較（従来）例の真空断熱パネルでは、第１の金属板１１Ａは、加熱点である中心位置Ａが１０１．８℃、中間位置Ｂが６℃、外側位置Ｃが１．７℃であった。また、断熱側である第２の金属板１１Ｂは、外側位置Ｄが１℃、中間位置Ｅが２．３℃、中心位置Ｆが３．９℃であった。即ち、比較例の真空断熱パネルは、第１の金属板１１Ａでの伝熱が少なく、第２の金属板１１Ｂの中心位置Ｆの温度が他の位置Ｄ，Ｅより高い。この結果から、第１の金属板１１Ａに加えられた熱は、コア材１８Ａ〜１８Ｃを介して第２の金属板１１Ｂの対称位置に伝熱していることが解る。

一方、黒塗りの棒グラフで示す熱伝導部材２０を配設した本発明品の真空断熱パネル１０Ａでは、第１の金属板１１Ａは、加熱点である中心位置Ａが４３℃、中間位置Ｂが１３．８℃、外側位置Ｃが６．１℃であった。また、断熱側である第２の金属板１１Ｂは、外側位置Ｄが１．３℃、中間位置Ｅが１．７℃、中心位置Ｆが２．２℃であった。即ち、本発明品の真空断熱パネル１０Ａは、第１の金属板１１Ａでの伝熱（放熱）が多く、第２の金属板１１Ｂの中心位置Ｆの温度が他の位置Ｄ，Ｅより高いが殆ど差は無いに等しい。この結果から、第１の金属板１１Ａに加えられた熱は、コア材１８Ａ〜１８Ｃを介して第２の金属板１１Ｂの対称位置に伝熱しているが、その伝熱温度は、第１の金属板１１Ａでの伝熱（放熱）作用により少なくなっていることが解る。

そして、遮熱性能は、第２の金属板１１Ｂの位置Ｄ，Ｅ，Ｆの温度から判断できる。即ち、これら３箇所の平均温度は、比較例である真空断熱パネルが２．４℃で、本発明品である真空断熱パネル１０Ａが１．７３℃である。この結果から、本発明品の真空断熱パネル１０Ａは、比較例の真空断熱パネルより、６．３℃（約３０％）遮熱性能を向上できている。

また、均熱性能は、第１の金属板１１Ａの位置Ａ，Ｂ，Ｃの温度から判断できる。即ち、これら３箇所の最大温度差は、比較例である真空断熱パネルが１００．１℃で、本発明品である真空断熱パネル１０Ａが３６．９℃である。この結果から、本発明の真空断熱パネル１０Ａは、比較例に対して約３倍の均熱効果があると言える。

そのため、このように遮熱性能が高く、均熱性能も高い本発明の真空断熱パネル１０Ａ〜１０Ｅは、加熱炉に使用すれば、十分な断熱効果および遮熱効果を得ることができる。しかも、内部の均熱化を図ることが可能であるため、加熱源からの熱を炉内に効率的に充満させることができ、それに伴って加熱源による過剰な加熱が抑制可能となり、省エネを図ることが可能である。

なお、本発明の真空断熱構造体は、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。

例えば、各実施形態では、熱伝導部材２０が位置するか否かを示す指示部の構成は、希望に応じて変更が可能である。さらに、第１の金属板１１Ａに対して均等に接触させるための支持部の構成も、希望に応じて変更が可能である。

そして、各実施形態では、本発明の真空断熱構造体として平面状をなす真空断熱パネル１０Ａ〜１０Ｅを用いて説明したが、有底筒状をなす真空断熱容器や、筒状をなす真空断熱ジャケット等、所定形状の真空断熱構造体でも同様に適用可能である。

また、前記実施形態の真空断熱構造体は、加熱源を有しない真空断熱パネル１０Ａ〜１０Ｅとしたが、加熱源を有する真空断熱加熱ヒータ１０Ｆとしてもよい。

（第６実施形態）
図１１は第６実施形態の真空断熱構造体である真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを適用した加熱装置を示す。この加熱装置は、所定の調理物を載せて加熱するホットプレート３０（家庭用電気製品）である。

ホットプレート３０は、受皿状をなす外装体３１内に真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを着脱可能に配設したものである。外装体３１には、底中央に通気孔３２が設けられている。また、外装体３１の底には、所定位置に脚枠３３が下向きに突出するように設けられ、この脚枠３３内にテーブルなどの設置面に載置する脚部材３４が配設されている。さらに、外装体３１には、外周部の所定位置にソケット配設部３５が設けられている。なお、図中符号３６は、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆの上端開口を閉塞する蓋である。

真空断熱加熱ヒータ１０Ｆは、第１の金属板１１Ａに加熱源である加熱ヒータ３７が一体的に内蔵されている。そして、各実施形態と同様に、第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂの間の内部空間１５に、コア材１８Ａ，１８Ｂ、金属箔１９および熱伝導部材２０を配設したものである。

加熱ヒータ３７はシーズヒータであり、その両端部には温度調節器３９の接続穴に着脱可能に挿入される接続端子３８を備えている。温度調節器３９は、電源コードのプラグを兼ねるもので、後述するソケット４７に装着することにより、挿入された接続端子３８を介して加熱ヒータ３７に電力を供給するものである。この温度調節器３９は、調理プレートである第１の金属板１１Ａの熱を検出するための感熱棒４０を備えている。また、温度調節器３９の上面には、温度調節ダイヤル４１が設けられている。本実施形態の温度調節器３９は、内部にマイコン（図示せず）が配設され、このマイコンにより加熱ヒータ３７による加熱制御などを行う。

第１の金属板１１Ａはアルミニウム製であり、鋳造により加熱ヒータ３７を一体的にインサート成型したものである。この第１の金属板１１Ａは平面状をなす調理プレート部４２を備えている。この調理プレート部４２の外周縁には、調理枠壁４３が立設されている。この調理枠壁４３の上部には、蓋３６を載置するための段部４４が設けられている。

調理プレート部４２の底面は、加熱ヒータ３７が位置する部分が下向きに膨出した厚肉部４５となっている。また、調理プレート部４２の外周部には、加熱ヒータ３７の一対の接続端子３８，３８が突出されている。これら接続端子３８，３８の間には、温度調節器３９の感熱棒４０を挿入するための挿入穴４６が設けられている。この挿入穴４６の挿入端は、気密に閉鎖されている。

調理プレート部４２の外周縁には、各実施形態と同様に、第２の金属板１１Ｂに向けて下向きに突出する外壁部１３Ａが設けられ、その下端縁にフランジ状をなすように接合部１４Ａが設けられている。なお、外壁部１３Ａの下端は、厚肉部４５の下端と同一になるように設けられている。

第２の金属板１１Ｂは、第１の金属板１１Ａと同様のアルミニウム製である。この第２の金属板１１Ｂは、調理プレート部４２と対向する同一外形状をなし、その外周縁に外壁部１３Ｂが設けられ、その上端縁に接合部１４Ａと重畳する接合部１４Ｂが設けられている。

そして、これら第１および第２の金属板１１Ａ，１１Ｂの間の内部空間１５には、第１の金属板１１Ａの調理プレート部４２に、第１の金属板１１Ａより熱伝導率が高い熱伝導部材２０が接触するように配設される。また、この熱伝導部材２０の下面には、コア材１８Ａ、金属箔１９およびコア材１８Ｂが順番に配設され、このコア材１８Ｂが第２の金属板１１Ｂに接触される。

このように加熱ヒータ３７を内蔵した真空断熱加熱ヒータ１０Ｆには、一対の接続端子３８，３８および挿入穴４６を覆うようにソケット４７が取り付けられる。このソケット４７の底には、後述するセンサ接続端子５０との干渉を回避する挿通溝４８が、開口端から真空断熱加熱ヒータ１０Ｆに向けて延びるように設けられている。

また、本実施形態のホットプレート３０には、第２の金属板１１Ｂの温度を検出する温度検出手段としてサーミスタ４９が配設されている。このサーミスタ４９は、外装体３１に真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを装着した状態で、第２の金属板１１Ｂに面接触するように脚部材３４に埋設されている。このサーミスタ４９のリード線は、ソケット配設部３５内に配線され、その先端に温度調節器３９に接続するためのセンサ接続端子５０が配設されている。

そして、温度調節器３９のマイコンは、この温度調節器３９がソケット４７の内部に取り付けられ、温度調節ダイヤル４１が操作されると、加熱ヒータ３７による加熱を行う。そして、感熱棒４０を介して第１の金属板１１Ａの温度を検出し、ユーザが指定した温度になるように加熱ヒータ３７を制御する。また、加熱ヒータ３７に対する通電（加熱）状態を、図示しないＬＥＤなどの表示手段で表示する。さらに、センサ接続端子５０およびリード線を介して第２の金属板１１Ｂの温度を検出し、第２の金属板１１Ｂが予め設定した基準温度を超えると、加熱ヒータ３７による加熱を停止する。そして、第２の金属板１１Ｂが過熱状態になった状況を、図示しないＬＥＤなどの表示手段で表示する。

この真空断熱加熱ヒータ１０Ｆは、加熱ヒータ３７を第１の金属板１１Ａに内蔵しているため、部品点数の削減を図り、組付作業性を向上できる。また、この真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを用いたホットプレート３０は、加熱ヒータ３７を内蔵した第１の金属板１１Ａに、熱伝達率が高い熱伝導部材２０を接触配置しているため、局部的に配管した加熱ヒータ３７の熱を第１の金属板１１Ａに対して均等に分散できる。よって、調理物などの加熱対象物を、調理プレート部４２の何処に載せても均等に加熱できる。また、調理プレート部４２において調理物を載せた局部は、加熱により熱が奪われるが、熱伝導部材２０の作用により直ぐに温度が均され、直ぐにでも他の調理物を加熱可能な状態とすることができる。

さらに、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆは、真空断熱パネル１０Ａ〜１０Ｅと同様に、加熱ヒータ３７と反対の第２の金属板１１Ｂの側に、真空排気した内部空間１５を有するため、第２の金属板１１Ｂの側からの放熱を防止できる。よって、不要な電力消費を防止し、加熱効率の向上を図ることができる。

しかも、本実施形態のホットプレート３０は、サーミスタ４９によって第２の金属板１１Ｂの温度を検出し、第２の金属板１１Ｂが予め設定した基準温度を超えて昇温すると、加熱ヒータ３７による加熱を停止する。ここで、第２の金属板１１Ｂが基準温度を超えるという状況は、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆの内部空間１５の真空度が低下したことを意味する。そして、この状況になると加熱ヒータ３７による加熱を停止するため、安全性を確保できる。

（第６実施形態の変形例）
図１２は第６実施形態の真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを用いた他の加熱装置であるオーブンレンジ５１を示す。このオーブンレンジ５１は、外装体５２の内部に、第１の金属板１１Ａが内側に位置するように真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを敷設したものである。そして、この真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを用いたオーブンレンジ５１は、前記と同様の作用および効果を得ることができる。

なお、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆを適用可能な加熱機器は、ホットプレート３０やオーブンレンジ５１に限定されず、炊飯器などの加熱源が必要な電気製品であれば適用可能である。また、ホットプレート３０として使用する場合、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆは断熱性能が高いため、外装体３１を設けない構成としてもよい。しかも、真空断熱加熱ヒータ１０Ｆの使途は家庭用電気製品に限られず、加熱炉などの加熱設備にも適用可能である。

さらに、加熱機器として使用する場合には、真空度が低下したことを検出するための温度検出手段はサーミスタ４９に限定されるものではない。例えば、サーモスタットを第２の金属板１１Ｂに接触するように配設し、過熱状態になると加熱ヒータ３７への通電を遮断する構成としてもよい。また、このサーミスタ４９は、第２の金属板１１Ｂの温度が降下すると自動的に復帰する自動復帰型のもの、温度ヒューズを含む温度が降下しても復帰しないもののいずれでも適用可能である。

さらにまた、本発明の真空断熱構造体に適用する熱伝導部材２０は、グラファイトシートに限定されるものではない。即ち、熱伝導部材２０は、第１の金属板１１Ａより熱伝導率が高いものであれば、希望に応じて変更が可能である。

１０Ａ〜１０Ｅ…真空断熱パネル
１０Ｆ…真空断熱加熱ヒータ
１１Ａ，１１Ｂ…金属板
１２Ａ，１２Ｂ…配設部
１３Ａ，１３Ｂ…外壁部
１４Ａ，１４Ｂ…接合部
１５…内部空間
１６…排気部（指示部）
１８Ａ〜１８Ｃ…コア材（スペーサ）
１９Ａ，１９Ｂ…金属箔
２０…熱伝導部材
２１ａ〜２１ｄ…凹部（指示部および支持部）
２２…第２凹部（指示部）
２３…球状部材（スペーサおよび支持部）
２４…位置決め部材
２５…位置決め部
３０…ホットプレート（加熱機器）
３７…加熱ヒータ
４９…サーミスタ（温度検出手段）
５０…センサ接続端子

Claims (8)

1. 対向する第１および第２金属板の間の内部空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気してなる真空断熱構造体において、
   前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設するとともに、
   前記第１金属板の所定位置に、前記熱伝導部材を接触させるための支持部を設けた
   ことを特徴とする真空断熱構造体。
2. 前記第１金属板または第２金属板に、前記熱伝導部材が位置するか否かを示す指示部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱構造体。
3. 対向する第１および第２金属板の間の内部空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気してなる真空断熱構造体において、
   前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設するとともに、
   前記第１金属板に、前記熱伝導部材が位置することを示すとともに、前記熱伝導部材を接触させるための凹部を設けた
   ことを特徴とする真空断熱構造体。
4. 前記第１金属板は、加熱ヒータを内蔵していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空断熱構造体。
5. 対向する第１および第２金属板の間の内部空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気してなる真空断熱構造体において、
   前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設するとともに、
   前記第１金属板に、加熱ヒータを内蔵させた
   ことを特徴とする真空断熱構造体。
6. 前記熱伝導部材はグラファイトシートからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空断熱構造体。
7. 対向する第１および第２金属板の間の内容空間にこれら金属板より熱伝導率が小さいスペーサを配設するとともに、前記内部空間を真空排気したもので、
   前記第１および第２金属板のうち前記第１金属板と前記スペーサとの間だけに、前記第１金属板と接触し、この第１金属板より熱伝導率が高い熱伝導部材を配設するとともに、
   前記第１金属板に加熱ヒータを内蔵、または、前記第１金属板と前記熱伝導部材との間に加熱ヒータを配設、または、前記熱伝導部材と前記スペーサとの間に加熱ヒータを配設したことを特徴とする真空断熱加熱ヒータ。
8. 請求項７に記載の真空断熱加熱ヒータを用いた加熱装置であって、
   前記第２金属板の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段による検出温度が予め設定した基準温度を超えると、前記加熱ヒータによる加熱を停止するようにしたことを特徴とする加熱装置。

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