JP2014113524A - 吸着材及び吸着デバイスおよび真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】水分吸着によるＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制された、大容量の窒素吸着能力を備えた気体吸着材を提供する。
【解決手段】ＺＳＭ−５型ゼオライト２を固形化し、気体と触れる表面積を減らすことで気体の吸着速度を低減し、化学的水分吸着性物質３が先に水分を吸着固定化し、水分吸着によるＺＳＭ−５型ゼオライト２の窒素吸着活性の低下を抑制することができるため、大容量の窒素吸着能力を備えた吸着材１を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体や水分を吸着する吸着材に関するものである。

近年、地球環境問題である温暖化の対策として、省エネルギーを推進する動きが活発となっており、温冷熱利用機器に関しては、熱を有効活用するという観点から、優れた断熱性能を有する真空断熱材が普及しつつある。

真空断熱材とは、袋状に加工したラミネートフィルム内へ、グラスウールのように気相容積比率が高く微細な空隙を構成する芯材を収納し、芯材収納空間を減圧して密封したものである。

芯材の空隙径を、減圧下における気体分子の平均自由行程よりも小さくすることで、気体熱伝導成分は小さくなり、また、１ｍｍ程度の微細な空隙では対流熱伝達成分の影響は無視できるようになる。

さらに、室温付近では輻射成分の影響は軽微であるため、真空断熱材における熱伝導は、芯材の固体熱伝導成分と僅かに残る気体熱伝導成分が支配的であるため、真空断熱材の熱伝導率は他の断熱材と比較して非常に小さいとされている。

しかしながら、ラミネートフィルムを介して真空断熱材中へ空気が徐々に侵入すると、気体熱伝導成分が増加するため、真空断熱材の熱伝導率は徐々に増加してゆくという課題を有していた。

そこで、上記課題を解決するために、非蒸発型バリウムゲッターであるＢａＬｉ合金を用いた窒素吸着材が提案されている（特許文献１参照）。

また、さらに水分も同時に吸着可能としたＢａＬｉ合金と乾燥剤とを含むゲッター物質をアルミニウム容器へ封入した真空用ゲッターが提案されている（特許文献２参照）。

また、精製対象ガスから窒素などの不純物ガスを除去する方法として、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトからなる吸着材が提案されている（特許文献３参照）。

また、特許文献１および特許文献２では、窒素を化学的に吸着することは可能であるが、合金材料であるためゲッター自身の熱伝導率が高く、また構成材料であるＢａがＰＲＴＲ指定物質であり、作業環境に規制が設けられている。

また、特許文献３の構成では、乾燥状態では窒素の吸着が可能であるが、窒素よりも水分との反応性が高いため、断熱材中に必ず存在する水分や経過時間と共に徐々に侵入してくる水分により酸化され窒素に対して不活性となる。

これらの課題を解決する手段として、ゼオライト骨格中のシリカ対アルミナ比が８以上２５以下である銅イオン交換ＺＳＭ−５ゼオライトの周囲が化学的水分吸着性物質に覆われた気体吸着材が提案されている（特許文献４参照）

特開平５−１３１１３４号公報 特表平９−５１２０８８号公報 特開２００３−３１１１４８号公報 特開２００６−４３６０４号公報

しかしながら、上記特許文献４の構成には、銅イオン交換ゼオライトと化学的水分吸着材との間の吸着性の優劣に関する記述がない。仮に水分に対する吸着性が、銅イオン交換ゼオライトの方が化学的水分吸着材より大きな関係にあった場合、銅イオン交換ゼオライトが優先的に水分を吸着してしまい、窒素吸着活性を低下させてしまう課題が起こりうる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、水分吸着によるＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制された、大容量の窒素吸着能力を備えた気体吸着材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の気体吸着材は、ＺＳＭ−５型ゼオライトと、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトと隣接して配置される化学的水分吸着性物質とを有し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトは固形化されたものであるとともに前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの表面積が、前記化学的水分吸着性物質よりも小さいことを特徴とするものである。

これにより、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトよりも、前記化学的水分吸着性物質の気体に対する吸着性が相対的に大きくなり、前記化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができる。

本発明によれば、水分吸着によるＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができるため、大容量の窒素吸着能力を備えた吸着材を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態１における気体吸着材の断面図 本発明の実施の形態２における気体吸着デバイスの断面図 本発明の実施の形態３における気体吸着デバイスの断面図 本発明の実施の形態４における真空断熱材の断面図

第１の発明は、ＺＳＭ−５型ゼオライトと、化学的水分吸着性物質とを有し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトが固形化されたものを有するとともに前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの表面積が、前記化学的水分吸着性物質よりも小さいことを特徴とするものである。

これにより、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトよりも、前記化学的水分吸着性物質の気体に対する吸着性が相対的に大きくなり、前記化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができる。

よって、前記化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、水分吸着による前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができるため、大容量の窒素吸着能力を備えた気体吸着材を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトが固形化された周囲に、前記化学的水分吸着性物質が固形化された状態で設置されていることを特徴とするものである。

これにより、水分を含んだ気体は前記化学的水分吸着性物質を通過してから、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトに到達するため、前記化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができる。

よって、前記化学的水分吸着材が先に水分を吸着固定化し、水分吸着による前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの窒素吸着活性の低下を抑制することができるため、大容量の窒素吸着能力を備えた気体吸着材を提供することができる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、開口容器内部に設置されていることを特徴とするものである。

これにより、真空断熱材などへの投入の際に、取り扱いが容易となる。

また、前記開口容器の開口部の形状により、吸着気体の通過量を調整でき、前記吸着気体の吸着速度を調整することができる。

第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、気体吸着材が外包材に覆われてことを特徴とするものである。

これにより、真空断熱材などへの投入の際に、取り扱いが容易となる。

また、前記外包材のガス透過度により、吸着気体の通過量を調整でき、前記吸着気体の吸着速度を調整することができる。

第５の発明は、外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と気体吸着材を内包して減圧密封したものであって、前記気体吸着材が第１の発明または第２の発明における気体吸着材であることを特徴とするものである。

これにより、前記外被材から前記空間内に進入してくる気体を前記気体吸着材で吸着し、前記空間内の減圧状態を保つことができる。
よって、長期間内部を高真空に保ち、高い断熱性能を持つ真空断熱材を提供することができる。

第６の発明は、外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と気体吸着デバイスを内包して減圧密封したものであって、前記気体吸着材が第３の発明または第４の発明における気体吸着デバイスであることを特徴とするものである。

これにより、前記外被材から前記空間内に進入してくる気体を前記気体吸着デバイスで吸着し、前記空間内の減圧状態を保つことができる。

よって、長期間内部を高真空に保ち、高い断熱性能を持つ真空断熱材を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略するものとする
。

なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における気体吸着材の断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の気体や水分を吸着する吸着材１は、ＺＳＭ−５型ゼオライト２と、化学的水分吸着性物質３とを有し、ＺＳＭ−５型ゼオライト２が固形化されたものを有するとともに、ＺＳＭ−５型ゼオライト２の周囲が化学的水分吸着性物質３で覆われ、化学的水分吸着性物質３も固形化されたものである。

ＺＳＭ−５型ゼオライト２は、特に限定するものではないが、窒素吸着性の高い、ゼオライト骨格中のシリカ対アルミナ比が８以上２５以下である銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが望ましく、気体吸着材として用いられる。

ＺＳＭ−５型ゼオライト２の固形化の形状は、特に限定するものではないが、打錠などで成型しやすい、薄い円筒形状を用いることができる。

水分吸着材として用いられる化学的水分吸着性物質３は、特に限定するものではないが、本実施の形態においては入手が容易で、比較的安価な酸化カルシウムを用いている。

化学的水分吸着性物質３の固形化の形状は、特に限定するものではないが、打錠などで成型しやすい、薄い円筒形状を用いることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における気体を吸着する吸着デバイスの断面図である。

図２に示すように、本実施の形態の吸着デバイス４は、気体吸着材であるＺＳＭ−５型ゼオライト２と、水分吸着材である化学的水分吸着性物質３と、開口容器５とを有し、ＺＳＭ−５型ゼオライト２が固形化されたものを有するとともに、ＺＳＭ−５型ゼオライト２の周囲が化学的水分吸着性物質３で覆われ、化学的水分吸着性物質３も固形化されており、さらに、そのＺＳＭ−５型ゼオライト２と、化学的水分吸着性物質３の固形されたものが、開口容器５に充填されたものである。

開口容器５の材質としては、特に限定するものでないが、設定した強度を満たすものならアルミ、鉄の金属や樹脂などを用いることができる。

開口容器５の形状としては、設定した気体吸着速度を満足するような気体通過量に設計された開口部なら、どんな形状でも構わない。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における気体を主に吸着する吸着デバイスの断面図である。

図３に示すように、本実施の形態の吸着デバイス４は、ＺＳＭ−５型ゼオライト２と、化学的水分吸着性物質３と、外包材６とを有し、ＺＳＭ−５型ゼオライト２が固形化されたものを有するとともに、ＺＳＭ−５型ゼオライト２の周囲が化学的水分吸着性物質３で覆われており、さらに、そのＺＳＭ−５型ゼオライト２と、化学的水分吸着性物質３が外包材６に充填されたものである。

外包材６の材質としては、特に限定するものではないが、設定した気体吸着速度を満足するようなガス透過度に応じて、和紙、ポリエチレン、ラミネートフィルムなどを用いることができる。

外包材６の形状としては、特に限定するものではないが、３辺または４辺シールした袋状のものを用いることができる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における真空断熱材の断面図である。

図４に示すように、本実施の形態の真空断熱材７は、芯材８と吸着デバイス４とを外被材９で覆い、外被材９に内包された芯材８と芯材８の内部に設置された気体を主として吸着する目的の吸着デバイス４とを減圧密封したものであり、吸着デバイス４は実施の形態３のものである。

芯材８は、真空断熱材７の骨格となり真空空間を形成する役割を果たすものである。

芯材８の材質としては、特に指定するものではないが、グラスウールやロックウール、アルミナ繊維、金属繊維など無機繊維や、ポリエチレンテレフタレート繊維など従来公知の材料が利用できる。

なお、金属繊維を用いる場合は、金属の中でも比較的熱伝導性に優れた金属からなる金属繊維は、好ましくない。

その中でも、繊維自体の弾性が高く、また繊維自体の熱伝導率が低く、なおかつ工業的に安価なグラスウールを用いることが望ましい。

さらに、繊維の繊維径は、小さいほど真空断熱材の熱伝導率が低下する傾向にあるため、より小さい繊維径の繊維を用いることが望ましいが、汎用的でないため繊維のコストアップが予想される。

したがって、真空断熱材用の繊維として一般的に使用されている比較的安価な平均繊維径が３μｍ〜６μｍ程度の集合体からなるグラスウールがより望ましい。

外被材９は、真空断熱材７の真空度を維持する役割を果たすものであり、最内層の熱溶着フィルムと、中間層としてのガスバリアフィルムとして金属箔や金属原子を蒸着した樹脂フィルムと、最外層として表面保護フィルムを、それぞれラミネートしたものである。

なお、熱溶着フィルムとしては、特に指定するものではないが、低密度ポリエチレンフィルム、直鎖低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム等の熱可塑性樹脂、或いはそれらの混合体が使用できる。

また、ガスバリアフィルムとしては、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔や、ポリエチレンテレフタレートフィルムやエチレン−ビニルアルコール共重合体へアルミニウムや銅等の金属や金属酸化物を蒸着したフィルム等が使用できる。

また、表面保護フィルムとしては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム等、従来公知の材料が使用できる。

さらに、真空断熱材の製造方法に関しては、特に指定するものではないが、一枚のラミネートフィルムを折り返し、対向するラミネートフィルムの端部に位置する熱溶着フィルム同士を熱溶着することで得た袋状のラミネートフィルム内へ、芯材を挿入し、減圧下にて袋状ラミネートフィルムの開口部に位置する熱溶着フィルム同士を熱溶着する方法や、熱溶着フィルム同士が対向するよう二枚のラミネートフィルムを配置し、各ラミネートフィルムの端部に位置する熱溶着フィルム同士を熱溶着することで得た袋状のラミネートフィルム内に、芯材を挿入し、減圧下にて袋状ラミネートフィルムの開口部付近に位置する熱溶着フィルム同士を熱溶着する方法が利用できる。

本発明の真空断熱材は、長期期間高い断熱効果を維持できるので、冷蔵庫用断熱材や自動販売機、建造物用断熱材、自動車用断熱材、保冷ボックスなど真空断熱材が適用可能なあらゆる用途にて利用可能である。

１ 吸着材
２ ＺＳＭ−５型ゼオライト
３ 化学的水分吸着性物質
４ 吸着デバイス
５ 開口容器
６ 外包材
７ 真空断熱材
８ 芯材
９ 外被材

Claims (6)

1. ＺＳＭ−５型ゼオライトと、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトと隣接して配置される化学的水分吸着性物質とを有し、前記ＺＳＭ−５型ゼオライトは固形化されたものであるとともに前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの表面積が、前記化学的水分吸着性物質よりも小さいことを特徴とする吸着材。
2. 前記ＺＳＭ−５型ゼオライトの周囲に、前記化学的水分吸着性物質が固形化された状態で設置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着材。
3. 請求項１または２に記載の吸着材が開口容器内部に設置されていることを特徴とする吸着デバイス。
4. 請求項１または２に記載の吸着材が外包材に覆われてことを特徴とする吸着デバイス。
5. 外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と気体吸着材を内包して減圧密封した真空断熱材であって、前記吸着材が請求項１または２に記載の吸着材であることを特徴とする真空断熱材。
6. 外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と気体吸着デバイスを内包して減圧密封した真空断熱材であって、前記吸着材が請求項３または４に記載の吸着デバイスであることを特徴とする真空断熱材。