(57)【要約】  フィルタ（１）であって、相対的に融点の高い第１の物質（２）により形成された主構造と、第１の物質（２）よりも相対的に融点の低い第２の物質（３）により形成された副構造と、空隙とを備えている。これにより、通気度の制御が可能なフィルタ（１）を提供でき、かつ、これを用いた気体吸着デバイスは、気体透過速度を制御することができる。さらに、この気体吸着デバイスを用いた真空断熱材は、気体が水蒸気を含む場合であっても、気体吸着材が選択的に非凝縮性気体を吸着することができる。したがって、真空断熱材内を長期間低圧に保つことができ、断熱性能を維持できる。
2018101142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に融点の高い第１の物質により形成された主構造と、
前記第１の物質よりも相対的に融点の低い第２の物質により形成された副構造と、空隙と
を備えたフィルタ。
【請求項２】
前記第１の物質、および前記第２の物質のうち、少なくとも一方がセラミックスである
請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記第２の物質が、酸化ケイ素、酸化ビスマス、および酸化ホウ素のうち、少なくとも一つを含む
請求項１または請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
気体吸着材と、
気体難透過性容器と、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフィルタとを備え、
前記気体吸着材は、前記気体難透過性容器と前記フィルタとにより形成される閉空間内に配置され、
前記閉空間内外の通気が、前記フィルタを通してなされるように構成された
気体吸着デバイス。
【請求項５】
前記気体吸着材が、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトを含む
請求項４に記載の気体吸着デバイス。
【請求項６】
芯材と、
外被材と、
請求項４または請求項５に記載の気体吸着デバイスと、
水分吸着材とを備え、
前記芯材、および前記気体吸着デバイスは、前記外被材内に減圧封止されて構成された
真空断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、通気度の制御が可能なフィルタ、および、フィルタを介して浸入する気体を大気圧以下の領域で吸着する気体吸着材を備えた気体吸着デバイス、ならびに、気体吸着デバイスを用いた真空断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、省エネルギー化が強く望まれており、このための一手段として、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。【０００３】
断熱材の中でも、断熱性能に優れているのが真空断熱材であり、用途が多岐に亘ることから、さらなる高性能化が求められている。【０００４】
真空断熱材は、内部から、熱を伝える気体を可能な限り排除し、気体による熱伝導を低減させることにより、優れた断熱性能を発現するものである。真空断熱材の断熱性能を向上させるためには、内部圧力を、より低圧とし、分子の衝突による気体熱伝導を抑制する必要がある。【０００５】
しかしながら、工業的レベルで実用的に達成可能な真空度は１０Ｐａ程度である。また、真空断熱材内部から発生するガス、および、真空断熱材の外部から内部へ経時的に透過・浸入するガス成分が、経時的な断熱性能の劣化を招く要因となる。よって、大気圧以下の領域において、気体吸着の可能な気体吸着材が求められている。【０００６】
一般に、真空断熱材の外被材は、プラスチックラミネートフィルムからなる。このため、高温・多湿環境下では、気体透過度が通常よりも大きくなる特性がある。したがって、高温・多湿環境下では、真空断熱材の外部から内部へ経時的に透過・浸入する、非凝縮性気体および水蒸気からなるガス成分が多くなる。これにより、経時的な断熱性能の劣化が促進される。【０００７】
これらのガス成分を吸着除去するために、予め外被材内に気体吸着材を設置することが有効である。しかしながら、非凝縮性気体と比較して、水蒸気は、より容易に気体吸着材に吸着されやすい。このため、気体吸着材が、水蒸気を多く含む気体中の水蒸気を吸着することにより、気体吸着材の気体吸着能力が低減してしまう。【０００８】
このような課題に対応するため、Ｂａ−Ｌｉ合金からなる気体吸着材を乾燥剤で被うことにより、気体吸着材に選択的に非凝縮性気体を吸着させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。【０００９】
さらに、気体吸着材と水分吸着材との間に連続多孔体の仕切りを設置して、気体が、水分吸着材と仕切りを通過してから気体吸着材に吸着されるように構成されたものがある。これにより、気体吸着材は、水分を含む量が少ない気体を吸着することができる（例えば、特許文献２参照）。【００１０】
また、フィルタとして、セラミックス原材料に糸状の鉛を混合して圧縮成形し、次いでこれを高温焼結して成形されるものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表平９−５１２０８８号公報
【特許文献２】特開２００９−７８２６１号公報
【特許文献３】特開平２−６８１０６号公報
【発明の概要】
【００１２】
しかしながら、従来の特許文献１記載の乾燥剤は、粉体を圧縮して成形されているが、通気度の低減は必ずしも充分ではない。したがって、気体吸着材に水蒸気を含む気体が到達してしまい、気体吸着材の能力を充分に発揮することができない場合がある。
【００１３】
また、従来の特許文献２記載の気体吸着デバイスは、水分吸着材から気体吸着材へ、仕切りを通して気体が到達する。しかしながら、気体の一部が、仕切りと気体難透過性容器との隙間を透過して気体吸着材に到達する懸念がある。
【００１４】
また、従来の特許文献３記載のフィルタは、セラミックス原材料に糸状の鉛を混合するという製法上、各部分の空隙にバラつきが生じ、通気度もバラつくという問題がある。したがって、このフィルタを特許文献１に記載の乾燥剤のように用いたとしても、充分に気体吸着材の吸着速度を制御することができない。さらに、環境負荷物質である鉛を用いているという問題もある。
【００１５】
本開示は、これらの従来の課題を解決するもので、外被材内のガス成分が水蒸気を含む場合であっても、気体吸着材に、充分に水蒸気が低減された非凝縮性気体が到達して、気体吸着材の能力を充分に発揮することができ、環境負荷物質も用いない、フィルタ、およびフィルタを用いた気体吸着デバイス、ならびに、真空断熱材を提供するものである。
【００１６】
本開示のフィルタは、相対的に融点の高い第１の物質により形成された主構造と、第１の物質よりも相対的に融点の低い第２の物質により形成された副構造と、空隙とを備えている。
【００１７】
本開示の気体吸着デバイスは、気体吸着材と、気体難透過性容器と、上述したフィルタとを備えている。そして、気体吸着材は、気体難透過性容器とフィルタとにより形成される閉空間内に配置されている。また、閉空間内外の通気が、フィルタを通してなされるように構成されている。
【００１８】
本開示の真空断熱材は、芯材と、外被材と、上述した気体吸着デバイスと、水分吸着材とを備えている。そして、芯材、および気体吸着デバイスは、外被材内に減圧封止されて構成されている。
【００１９】
本開示のフィルタは、相対的に融点の低い物質により形成される副構造により、空隙を満たす度合を変えて通気度（空隙の大きさ）を制御可能である。これにより、容易に通気度を制御することができる。
【００２０】
また、気体吸着デバイスは、通気度を制御されたフィルタを有することにより、気体の吸着にかかる時間を制御することができる。
【００２１】
そして、真空断熱材は、外被材内に水分吸着材を配置することにより、外被材に浸入する気体が水蒸気を多く含む場合であっても、水分吸着材で水蒸気を吸着した後、水分を含む量が少ない気体を気体吸着材で吸着するようにすることができる。その際、気体吸着デバイスの気体吸着材が気体を吸着する速度を、フィルタによって遅くすることができる。これにより、気体吸着材は、水分吸着材で、より多くの水分を吸着した後の気体を吸着するようになる。つまり、水蒸気を含む気体は、気体吸着デバイスの外部に長く留まることになる。このため、水分吸着材が水分を充分に低減した後、気体吸着デバイスに吸着させることができる。
【００２２】
したがって、真空断熱材が、高温、多湿環境下で使用され、外部から水蒸気を含むガスが多く浸入しても、気体吸着材が水蒸気を吸着することによる気体吸着量の低下は少なく、大容量の気体を吸着することができる。よって、長期に亘って内圧変化を抑制し、断熱性能の変化を抑制することができる。
【００２３】
以上述べたように、本開示は、通気度の制御が可能なフィルタを提供でき、かつ、これを用いた気体吸着デバイスは、気体透過速度を制御することができる。さらに、この気体吸着デバイスを用いた真空断熱材は、気体が水蒸気を含む場合であっても、気体吸着材が選択的に非凝縮性気体を吸着することができる。したがって、真空断熱材内を長期間低圧に保つことができ、断熱性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本開示の第１の実施の形態におけるフィルタの構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本開示の第２の実施の形態におけるフィルタの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、フィルタを用いた、本開示の第３の実施の形態における気体吸着デバイスの断面構成を示す模式図である。
【図４】図４は、気体吸着デバイスを用いた、本開示の第４の実施の形態における真空断熱材の断面構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（本開示が取り得る態様）
本開示の第１の態様は、フィルタであって、相対的に融点の高い第１の物質により形成された主構造と、第１の物質よりも相対的に融点の低い第２の物質により形成された副構造と、空隙とを備えている。
【００２６】
融点が異なる二種類以上の物質を備えたフィルタは、主構造以外の部分、すなわち空隙部分に、相対的に融点の低い物質が充填されて副構造が形成されている。相対的に融点の低い物質の充填度合いを変えることにより、主構造の空隙の割合を変えることができる。この空隙の割合が高い程、フィルタの通気度は大きくなり、空隙の割合が小さいほど通気度は小さくなる。
【００２７】
一般的に、熱可塑性の物質からなる粉末を成形したものの空隙の大きさは、それを熱処理する温度に依存する。熱処理温度が低い場合、室温で成形された状態からの空隙の縮小は少ないため、空隙は大きくなる。逆に、熱処理温度が高いほど、空隙は小さくなる。この現象を利用して、フィルタの空隙の大きさを、熱処理温度を制御することにより決めることができる。
【００２８】
微小な通気度を制御する（僅かな空隙を残存させる）場合に、熱処理温度が適正温度よりも僅かでも高くなると、空隙が完全に消滅してしまう場合がある。したがって、熱処理温度により、微小な通気度を制御することは一般的には難しい。
【００２９】
しかしながら、本開示のフィルタは、相対的に融点の低い物質により形成される副構造が空隙を満たす度合いにより、通気度（空隙の大きさ）を制御するため、容易に微小な通気度を制御することができる。
【００３０】
本開示のフィルタは、連続する空隙を有する多孔体であり、気体および液体に圧力差が加わった際、フィルタが無い場合よりも、単位時間当たりの通気量が低減する。
【００３１】
第２の態様は、第１の態様において、第１の物質、および第２の物質のうち、少なくとも一方がセラミックスである。
【００３２】
相対的に融点の高い物質、および、相対的に融点の低い物質のうち少なくとも一方がセラミックスであることにより、耐熱性が要求される場合であっても使用することができる。
【００３３】
ここで、本開示のセラミックスとは、形状および寸法に依存するものではなく、物質そのものを表すものであり、金属または珪素の酸化物等であり、バルク状であっても粉末状であってもよい。
【００３４】
第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、第２の物質が、酸化ケイ素、酸化ビスマス、および酸化ホウ素のうち、少なくとも一つを含むものである。
【００３５】
酸化ケイ素、酸化ビスマス、および酸化ホウ素は融点が高く、相対的に融点の高い第１の物質の融点はさらに高くなるため、より耐熱性が要求される場合であっても使用することができる。
【００３６】
第４の態様は、気体吸着デバイスであって、気体吸着材と、気体難透過性容器と、第１の態様から第３の態様までのいずれかに記載のフィルタとを備えている。そして、気体吸着材は、気体難透過性容器とフィルタとにより形成される閉空間内に配置されている。さらに、閉空間内外の通気が、フィルタを通してなされるように構成されている。
【００３７】
このように、通気がフィルタを通してなされるため、フィルタの通気度を制御することにより、気体吸着材が単位時間あたりに吸着する量を制御することができる。
【００３８】
第５の態様は、第４の態様において、気体吸着材が、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトを含む。
【００３９】
銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトは、不活性な気体である窒素の吸着が可能なほど、活性の高い気体吸着材である。したがって、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトは、単位重量あたりの気体吸着量が大きいという優れた特性を有している。一方で、気体の吸着速度が大きく、大気に接触すると数秒で気体を吸着し、その吸着能力が使い果たされてしまう。
【００４０】
Ｂａ−Ｌｉ合金系等、他の気体吸着材は、吸着速度が小さいため、ある程度の時間、大気に接触しても、大幅に吸着能力が低下してしまうことはない。一方で、特に、吸着が困難な窒素等に対する単位重量あたりの吸着量が少ない。
【００４１】
これに対して、本開示の気体吸着デバイスによれば、通気がフィルタを通してなされるため、フィルタで通気度を制御することにより、吸着速度が大きい銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトが単位時間当たりに吸着する気体の量を制御できる。
【００４２】
つまり、大気と接していても気体吸着速度を遅くできるので、大気との接触が可能であり、かつ、そのうえで吸着が困難な気体に対する単位重量あたりの吸着量の多い気体吸着デバイスを実現することができる。
【００４３】
第６の態様の真空断熱材は、芯材と、外被材と、第４の態様または第５の態様に記載の気体吸着デバイスと、水分吸着材とを備えている。そして、芯材、および気体吸着デバイスは、外被材内に減圧封止されて構成されている。
【００４４】
真空断熱材内部へは、時間の経過にしたがって、大気中の、非凝縮性気体および水蒸気が浸入する。一般に、非凝縮性気体に比較して、水蒸気は吸着されやすい。このため、気体吸着材は、水分を吸着することにより、その吸着能力一部が損なわれてしまう。この気体吸着材の水分吸着による吸着能力の喪失、すなわち、吸着量の減少は、予め外被材内に設置された水分吸着材により水分を吸着させることで、ある程度は抑えることができる。
【００４５】
以上述べたように、本開示では、気体吸着材が、気体吸着デバイスのフィルタを通して気体を吸着する。これにより、気体吸着材が気体を吸着する速度を制御（例えば遅く）して、水分吸着材が水分を吸着する時間を確保することができる。その結果、水蒸気を含む気体は、気体吸着デバイスの外部に長く留まるため、水分吸着材が水分を充分に低減した後に、気体を気体吸着デバイスに吸着させることができる。これにより、気体吸着材の水分吸着による吸着量の減少を低減し、大量の気体を吸着することができる。
【００４６】
そして、長期間、熱伝導率を維持することの可能な真空断熱材を得ることができる。
【００４７】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって、本開示が限定されるものではない。
【００４８】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態におけるフィルタの構造を示す模式図である。
【００４９】
図１において、フィルタ１は、例えば、少なくとも紙面に垂直な方向に、連続する空隙を有する多孔体であり、相対的に融点の高い物質２（第１の物質とも記載する）により主構造が形成され、主構造の空隙には、相対的に融点の低い物質３（第２の物質とも記載する）が存在する。
【００５０】
本開示のフィルタは、以下の工程によって得られる。
【００５１】
まず、相対的に融点の高い物質２、例えばアルミナからなる粉末を公知の方法、例えば円筒状の金型に充填し、一軸成形する。そして、成形されたものを熱処理する。これらのステップを経ることで、相対的に融点の高い物質２からなる、空隙を有する主構造が得られる。
【００５２】
次に、相対的に融点の高い物質２からなる主構造の空隙に、少なくとも相対的に融点の高い物質２よりも相対的に融点の低い物質３を含む液状の物質、例えば、水に微小シリカを分散させたコロイダルシリカを浸透させ、相対的に融点の高い物質２からなる主構造を熱処理する。これにより、少なくとも相対的に融点の低い物質３を含む液状の物質から液体成分を除去することができる。よって、相対的に融点の高い物質２からなる主構造以外の部分に、相対的に融点の低い物質３の存在するフィルタを得ることができる。
【００５３】
なお、出発原料である、相対的に融点の高い物質２は、アルミナに限定されるものではない。また、相対的に融点の低い物質３は、シリカに限定されるものではない。
【００５４】
また、相対的に融点の高い物質２からなる主構造を成形するプロセスは、熱処理に限定されるものではなく、有機、および無機にかかわらず、バインダーを用いることもできる。
【００５５】
なお、相対的に融点の高い物質２の粉末の形状は、特に限定されるものではないが、アスペクト比の小さい形状が望ましく、球形に近いことが、より望ましい。ここで、アスペクト比が小さい形状、とは、物質の大きさを三軸（例えばＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）で表現した場合に、ある一軸の長さが、他の二軸の長さと比較して、著しく異ならない形状のことをいう。
【００５６】
なお、相対的に融点の低い物質３の粉末の形状は特に限定されるものではないが、アスペクト比の小さい形状が望ましく、球形に近いことが、より望ましい。さらに、相対的に融点の低い物質３の大きさ（球形の場合には直径）は、相対的に融点の高い物質２からなる主構造の空隙よりも、充分に小さいことが望ましい。
【００５７】
また、相対的に融点の低い物質３を含む液状の物質から、液体成分を除去する方法は、上述した処理に限定されるものではなく、例えば減圧によってもよい。
【００５８】
なお、相対的に融点の高い物質２からなる主構造中の、空隙内の相対的に融点の低い物質３の残留度合いは、液状の物質の、液体成分と固体成分との固液比により制御することができる。
【００５９】
ここで、シリカは結晶ではないため、融点が定義できるものではないが、便宜上、軟化温度を融点として扱っても差し支えない。
【００６０】
また、主構造は、相対的に融点の高い物質２同士が繋がっている構造をしており、たとえ、主構造のみが単独で存在しても、形状が維持される構造を有している。
【００６１】
副構造は、必ずしも、相対的に融点の低い物質３同士が繋がっている必要はない。相対的に融点の低い物質３は、主構造の空隙部分に存在することで、物質同士の相対位置が決まっている。
【００６２】
さらに、相対的に融点の高い物質２の融点と、相対的に融点の低い物質３の融点との差は、特に制限されるものではないが、フィルタの熱処理装置における、工業的に制御可能なバラつきよりも、充分に大きいことが望ましい。これにより、熱処理装置の、最も温度の高い部分、および、最も温度の低い部分にフィルタを設置したそれぞれの場合において、熱処理温度が、相対的に融点の低い物質３の融点よりも高く、相対的に融点の高い物質２の融点よりも低い状態を容易に実現でき、相対的に融点の低い物質３のみを融解させることができる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
図２は、本開示の第２の実施の形態におけるフィルタ１の構成を示す模式図である。
【００６４】
図２において、フィルタ１は、例えば、少なくとも紙面に直交する方向に、連続する空隙を有する多孔体である。相対的に融点の高い物質２により主構造が形成され、主構造の隙間には、相対的に融点の低い物質３が存在する。
【００６５】
本実施の形態のフィルタ１は、以下の工程で得られる。
【００６６】
まず、相対的に融点の高い物質２、例えばアルミナからなる粉末と、相対的に融点の低い物質３、例えばホウ珪酸ガラスからなる粉末を、公知の方法で混合する。そして、これらを公知の方法、例えば円筒状の金型に充填し、一軸成形する。さらに、成形されたものを熱処理することにより、相対的に融点の高い物質２からなる主構造の空隙に、相対的に融点の低い物質３が存在するフィルタ１を得ることができる。
【００６７】
ここで、相対的に融点の高い物質２からなる粉末、および、相対的に融点の低い物質３からなる粉末は、いずれも球形に近い形状であり、それぞれの粒径の分布が揃っていることが望ましい。
【００６８】
上記プロセスにより、通気度を制御可能なフィルタ１が得られるメカニズムを以下に説明する。
【００６９】
球形に近く、粒子径の大きい粒子（相対的に融点の高い物質２）と、粒子径が小さい粒子（相対的に融点の低い物質３）との混合粉末を加圧成形すると、粒子径の大きい粒子は、最密充填構造（球の充填率は７４％）に近似した構造をとる。この隙間に、粒子径の小さい粒子が充填された状態となる。
【００７０】
この状態で、成形された粉末を、相対的に融点の低い物質３の融点よりも高く、相対的に融点の高い物質２の融点よりも低い温度で加熱すると、相対的に融点の高い物質２の配列の変化は少なく、相対的に融点の低い物質３が融解する。そして、毛細管現象により、相対的に融点の高い物質２同士が接触している部分に、相対的に融点の低い物質３が流れ込んで、安定状態となる。この状態で相対的に融点の高い物質２、および、相対的に融点の低い物質３のいずれも存在しない部分が、フィルタ１の通気経路となる。
【００７１】
相対的に融点の低い２物質の体積比率を、０％から、最密充填の隙間が埋まってしまう２６％まで連続的に変化させることにより、通気度を制御することができる。
【００７２】
最密充填構造の隙間に設置可能な内接球の粒径は、最密充填構造をなしている粒子の１／８程度である。このため、粒子径の小さい粒子の粒径が、最密充填をなしている粒子の粒径の１／８よりも大きい場合には、最密充填をなしている粒子の配列を乱してしまう。したがって、相対的に融点の低い物質３の粒径は、相対的に融点の高い物質２の粒径の１／８以下であることが望ましい。
【００７３】
（第３の実施の形態）
図３は、フィルタ１を用いた、本開示の第３の実施の形態における気体吸着デバイス４の断面構成を示す模式図である。
【００７４】
図３において、気体吸着デバイス４は、フィルタ１、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトからなる気体吸着材５、気体難透過性容器６、および、封止ガラス７を有している。なお、フィルタ１は、第１の実施の形態または第２の実施の形態に記載されたものを用いている。
【００７５】
本開示の気体吸着デバイス４は、以下の工程で得られる。
【００７６】
まず、気体難透過性容器６に、気体吸着材５である銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトを充填する。
【００７７】
次に、図３に示される通り、開口部がテーパー状（端部にいくほど広がっている）になっている気体難透過性容器６の開口部を上方にして、フィルタ１を配置する。
【００７８】
ここで、気体難透過性容器６の開口部の径は、最も端部ではフィルタ１の径よりも大きく、端部から遠ざかるにしたがって細くなり、端部と反対側の領域では、フィルタ１の径よりも小さくなっている。したがって、フィルタ１は、重力により下方に移動し、気体難透過性容器６の開口部の径が、フィルタ１の径と同等（同じを含む）の部分で固定される。
【００７９】
さらに、フィルタ１と気体難透過性容器６との間には、隙間が存在する。このため、これらの間に封止ガラス７を配置する。次に、これらが配置された気体難透過性容器６を、真空熱処理炉に設置する。気体難透過性容器６を真空熱処理炉内で減圧し、気体吸着材５の活性化温度まで昇温した後、封止ガラス７の融点よりも１００℃高い温度（封止ガラス７が自重で流動する温度）まで加熱する。
【００８０】
その結果、封止ガラス７は、毛細管現象により、フィルタ１と気体難透過性容器６との隙間に流れ込み、密封する。その後、冷却することにより、封止ガラス７を固化させて、気体吸着デバイス４を得ることができる。
【００８１】
ここで、気体難透過性容器６は、デバイス作製時の熱処理温度よりも高い温度に耐えうるものであれば、特に材料を限定されるものではなく、金属、セラミックス、およびガラス等を用いることができる。
【００８２】
また、封止ガラス７は特に限定されるものではないが、ホウ珪酸ガラス、リン酸ガラス、およびビスマス酸化物ガラス等を用いることができ、気体難透過性容器６と熱膨張率が近似しているものが望ましい。
【００８３】
なお、本開示の気体吸着デバイス４は、大気中で、僅かずつ空気を吸着する。このため、長期間の保存を行う場合には、ガスバリア性を有するラミネートフィルムで減圧封止しておき、真空断熱材を作製する場合等の、気体を吸着させる際に、開封することが望ましい。
【００８４】
（第４の実施の形態）
図４は、気体吸着デバイス４を用いた、本開示の第４の実施の形態における真空断熱材８の断面構成を示す模式図である。
【００８５】
図４において、真空断熱材８は、外被材９内に、芯材１０、気体吸着デバイス４、および、水分吸着材１１が配置された構成である。気体吸着デバイス４は、フィルタ１、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトからなる気体吸着材５、気体難透過性容器６、および、封止ガラス７を有している。
【００８６】
フィルタ１は、第１の実施の形態または第２の実施の形態に記載されたものであり、相対的に融点の高い物質２により主構造が形成され、主構造の隙間には、相対的に融点の低い物質３が存在する。
【００８７】
本開示の真空断熱材８は、以下の工程で得られる。
【００８８】
まず、大気中で、三方がシールされた外被材９内に、開口部から芯材１０を配置した後、気体吸着デバイス４および水分吸着材１１を配置する。その後、全体を真空チャンバに配置して、外被材９の周囲を減圧する。
【００８９】
これにより、外被材９から気体が排出される。そして、減圧状態において、開口部を熱溶着により封止する。その後、真空チャンバ内に気体を導入することにより、大気中に取り出して真空断熱材８を得る。
【００９０】
上記のように作製された真空断熱材８は、下記のメカニズムにより、高温、多湿環境下であっても、長期間、熱伝導率を維持することができる。
【００９１】
一般に、高温、多湿環境下では、外被材９の、ガス透過度および水蒸気透過度が、いずれも、通常より大きくなる。さらに、多湿環境では、大気中に含まれる水蒸気の量が多いため、外被材９を透過して浸入する水蒸気の割合は大きくなる。したがって、外被材９内に浸入する水蒸気の絶対量は、さらに大きくなる。
【００９２】
ここで、気体吸着デバイス４は、通気度を制御されたフィルタ１を有している。このため、気体吸着デバイス４が、気体吸着デバイス４外の、非凝縮性気体および水蒸気を吸着する速度が遅くなる。この状態で、外被材９内に配置された水分吸着材１１が水蒸気を吸着することで、外被材９内の水蒸気を低減させる。この結果、フィルタ１を通して気体吸着材５が吸着する気体に含まれる水蒸気は僅かになる。したがって、気体吸着材５が水分を吸着することによる吸着量の低下は少なく、気体吸着能力を充分に発揮するこができ、長期間浸入する空気を吸着し、熱伝導率を維持することができる。
【００９３】
なお、本開示における銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトとは、陽イオンとして銅を細孔内に取り込んだＺＳＭ−５型ゼオライトである。
【００９４】
銅イオン交換は、既知の方法にて行うことができる。例えば、ＺＳＭ−５型ゼオライトを、塩化銅水溶液またはアンミン酸銅水溶液等の、銅の可溶性塩の水溶液に浸漬する方法が一般的である。その中でも、プロピオン酸銅（ＩＩ）または酢酸銅（ＩＩ）等のカルボキシラトを含むＣｕ２＋溶液を用いた方法で調整されたものは、窒素吸着性能が高い。
【００９５】
気体吸着材５は、銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトを、減圧下にて熱処理を行うことで得られる。これは、イオン交換により導入されたＣｕ２＋をＣｕ＋へと還元し、窒素吸着機能を発現させるために必要である。
【００９６】
外被材９は、真空断熱材８の内部の空間と外部の空間とを遮断するものであれば、バリア性を有するプラスチック容器、金属容器、およびラミネートフィルム等が使用でき、特に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、ラミネートフィルムを使用する場合、その構成は特に限定されるものではなく、例えば、以下に示したような材料が使用可能である。
【００９８】
最内層の熱溶着層には、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、無延伸ポリエチレンテレフタレート、無延伸ナイロン、および、無延伸エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂等が使用可能である。
【００９９】
また、外部からのガス浸入を抑制するために、金属箔、蒸着フィルム、およびコーティングフィルム等が使用可能である。その種類および積層数は、特に指定されるものではない。
【０１００】
金属箔は、Ａｌ、ステンレス、鉄、およびそれらの混合物等を用いることができる。
【０１０１】
また、蒸着およびコーティングの基材となるプラスチックフィルムの材料は、ポリエチレンテレフタレート、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、ポリアミド、および、ポリイミド等を用いることができる。
【０１０２】
また、蒸着の材料としては、Ａｌ、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、Ｓｉ／Ａｌ、ダイヤモンドライクカーボン、および、それらの混合物等を用いることができる。
【０１０３】
また、コーティングの材料としては、ＰＶＡ、ポリアクリル酸系樹脂、および、それらの混合物等を用いることができる。
【０１０４】
また、耐ピンホール性および耐摩耗性の向上、難燃性の付与、ならびに、さらなるバリア性の向上等を目的として、外層および中間層の少なくともいずれかに、さらにフィルムを設けることも可能である。
【０１０５】
ここで、外層および中間層の少なくともいずれかにさらに設けられるフィルムは、ナイロン、エチレン・４フッ化エチレン共重合体樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、および、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂等を用いることができ、その種類および積層数は、特に限定されるものではない。
【０１０６】
また、本開示の芯材１０は、大気圧による圧縮に対して、真空断熱材８の形状を保持するものであり、高い空隙率を有するものであれば、繊維、粉末、発泡樹脂、多孔質体、および薄膜積層体等を用いることができ、特に限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、繊維系では、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、および炭化ケイ素繊維等を用いることができる。粉末系では、シリカ、パーライト、およびカーボンブラック等を用いることができる。発泡樹脂では、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、および、スチレンフォーム等を用いることができる。また、これらの混合体および成形体を使用することも可能である。
【０１０８】
水分吸着材１１は、気体中に含まれる水分を吸着するものであり、活性炭、シリカゲル、および酸化カルシウム等を用いることができるが、特に限定されるものではない。また、水分吸着材の形状は、顆粒状、およびペレット状等を用いることができ、特に限定されるものではない。粉末状であると、単位重量あたりの表面積が大きくなり、周囲の水分を、より早く吸着することが可能になるため、粉末状であることがより望ましい。
【０１０９】
以下、実施例により、本開示をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【０１１０】
（第１の実施例）
相対的に融点の高い物質２として、平均粒径が１０μｍのアルミナ粉末を、直径５．５ｍｍの円柱状の金型に充填し、１００ｋｇの加重を加えて加圧成形後、１５００℃で１ｈ熱処理をすることにより、主構造を形成する。【０１１１】
その後、平均粒径が１０ナノメートルで、固形分割合が５％のコロイダルシリカに主構造を浸漬し、一時間放置することにより、主構造の隙間にコロイダルシリカが吸収される。コロイダルシリカから主構造を取り出し、１００℃の乾燥炉中に設置し、一時間経過させる。これにより、コロイダルシリカの分散媒が蒸散し、主構造の空隙中に、シリカ粉末が残留した構造となる。【０１１２】
上記の通り作製したフィルタ１の直径は５．４５ｍｍ、長さは４．１ｍｍである。さらに、円柱状のフィルタ１の一端を二気圧、他端を一気圧に保持した状態で空気の流量を測定した結果、０．２ｍｌ／ｍｉｎである。【０１１３】
（第２の実施例）
第１の実施例においてコロイダルシリカの固形分割合を１０％として作製したフィルタ１の空気の流量を測定した結果、０．１ｍｌ／ｍｉｎとなる。この結果、第２の実施例では、主構造以外の部分に残留するシリカ粉末の量が多くなったため、通気しにくくなったと考えられる。【０１１４】
（第３の実施例）
相対的に融点の高い物質２として、平均粒径が５０μｍのアルミナ粉末、相対的に融点の低い物質３として、平均粒径が５μｍのポリプロピレン粉末を、それぞれ準備する。そして、両者を８０体積％対１０体積％となるようにして混合し、直径５．５ｍｍの円柱状の金型に充填し、１００ｋｇの加重を加えて加圧成形後、１８０℃で一時間熱処理を行うことで、フィルタ１を作製する。【０１１５】
上記の通り作製したフィルタ１の直径は５．４５ｍｍ、長さは４．０７ｍｍである。さらに、円柱状のフィルタ１の一端を二気圧、他端を一気圧に保持した状態で空気の流量を測定した結果、０．０８ｍｌ／ｍｉｎとなる。【０１１６】
（第４の実施例）
相対的に融点の高い物質２として、平均粒径が２０μｍのアルミナ粉末を、相対的に融点の低い物質３として、平均粒径が２μｍ、軟化温度が５００℃のホウ珪酸ガラス粉末を、それぞれ準備する。そして、両者を、８０体積％対１０体積％となるようにして混合し、直径５．５ｍｍの金型に充填し、１００ｋｇの加重を加えて加圧成形後、８００℃で一時間熱処理を行うことで、フィルタ１を作製する。【０１１７】
上記の通り作製したフィルタ１の直径は５．４７ｍｍ、長さは４．１１ｍｍである。さらに、円柱状のフィルタ１の一端を二気圧、他端を一気圧に保持した状態で、空気の流量を測定した結果、０．０５ｍｌ／ｍｉｎとなる。【０１１８】
本実施例のフィルタ１は、第３の実施例よりも通気度が小さくなっている。これは、相対的に融点の高い物質２、および、相対的に融点の低い物質３いずれも粒径が小さくなっているため、空隙も小さくなったためであると考えられる。【０１１９】
さらに、このフィルタ１を、４５０℃で１０００時間熱処理した後に通気度を評価した結果、変化は認められない。このことから、相対的に融点の低い物質３がホウ珪酸ガラスであることにより、優れた耐熱性が得られることが判る。【０１２０】
（第５の実施例）
第４の実施例において、相対的に融点の高い物質２と相対的に融点の低い物質３とが、８５体積％対１５体積％となるようにしてフィルタを作製する。【０１２１】
上記の通り作製したフィルタの直径は５．４７ｍｍ、長さは４．１５ｍｍである。さらに、円柱状のフィルタ１の一端を二気圧、他端を一気圧に保持した状態で空気の流量を測定した結果、０．０２ｍｌ／ｍｉｎとなる。【０１２２】
この結果、第４の実施例では、主構造の空隙の部分に残留するホウ珪酸ガラスの量が多くなったため、より通気しにくくなったと考えられる。【０１２３】
（第６の実施例）
芯材としてグラスウールを板状に成形したもの、水分吸着材として酸化カルシウム、外被材としてアルミ蒸着フィルムを、それぞれ用いた気体吸着デバイス４を用いて、第４の実施の形態に記載の方法で、真空断熱材８を作製する。【０１２４】
アルミ蒸着フィルムは、厚さ５０μｍの低密度ポリエチレン、厚さ１２μｍのＰＥＴアルミ蒸着フィルム、および、厚さ２５μｍのナイロンフィルムをラミネートしたものである。気体吸着デバイス４は、フィルタ１として、第３の実施例に記載されたもの、気体難透過性容器として厚さ０．２ｍｍのアルミ箔からなる円筒状容器、気体吸着材としてＺＳＭ−５型ゼオライト、封止ガラスとして軟化温度が５００℃のホウ珪酸ガラスを、それぞれ用いて、第３の実施の形態に記載の方法で作製する。これらの工程において、気体吸着デバイス４を大気中で取り扱う時間は３０分である。【０１２５】
この真空断熱材８を高温環境下で加速試験を行い、その後に熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は２０年である。【０１２６】
この結果、ＺＳＭ−５型ゼオライトを大気中で３０分扱っても、充分な吸着量を保持できることが判る。【０１２７】
同一条件で作製した真空断熱材８を４０℃、９０％の環境に１０日間放置し、放置前後で熱伝導率を測定した結果、有意な上昇は確認できない。その後、高温環境下での加速試験を行って熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は２０年であることが判る。【０１２８】
この結果、４０℃、９０％の環境に１０日間放置しても、気体吸着材には、水蒸気を吸着することによる吸着量の劣化が起こっていないことが判る。【０１２９】
これは、フィルタ１の通気度が小さいため、外被材内に浸入した水蒸気は水分吸着材に吸着されることにより、気体吸着材は、水蒸気を含まない空気を吸着するようになるためと考えられる。【０１３０】
（第７の実施例）
第６の実施例で、気体吸着材を銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトとして真空断熱材８を作製する。【０１３１】
この真空断熱材８を高温環境下での加速試験を行い、その後に、熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は５０年であることが判る。【０１３２】
この結果、吸着速度が大きい銅交換ＺＳＭ−５型ゼオライトを大気中で３０分扱っても、充分な吸着量を保持できることが判る。【０１３３】
同一条件で作製した真空断熱材８を、４０℃、９０％の環境に１００日間放置し、放置前後で熱伝導率を測定した結果、有意な上昇は確認できない。その後、高温環境下での加速試験を行い熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は５０年であることが判る。この結果、４０℃、９０％の環境に１００日間放置しても、気体吸着材は水蒸気を吸着することによる吸着量の劣化が起こっていないことが判る。【０１３４】
これは、フィルタ１の通気度が小さいため、外被材内に浸入した水蒸気は、水分吸着材に吸着されることにより、気体吸着材は水蒸気を含まない空気のみを吸着するようになるためであると考えられる。【０１３５】
ここで、４０℃、９０％の環境は、蒸暑地域で想定される程度の環境である。このような環境に１００日間放置しても気体吸着材の気体吸着能力が低減していないことから、蒸暑地域の住宅に用いても長期間熱伝導率を維持可能であると考えられる。【０１３６】
（第１の比較例）
直径１０μｍのアルミナ粉末を、直径５．５ｍｍの円柱状の金型に充填し、加圧成形したものを１５００℃で熱処理してフィルタ１を作製する。【０１３７】
上記の通り作製したフィルタ１の直径は５．０５ｍｍ、長さ３．９ｍｍである。さらに、円柱状のフィルタ１の一端を二気圧、他端を一気圧に保持した状態で通気度を測定した結果、３．７ｍｌ／ｍｉｎである。【０１３８】
その他の条件は、第６の実施例と同等として、真空断熱材８を作製し、第６の実施例と同等の方法で試験を行う。【０１３９】
高温環境下での加速試験を行って、熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は５０年であることが判る。【０１４０】
同一条件で作製した真空断熱材を４０℃、９０％の環境に１０日間放置し、放置前後で熱伝導率を測定した結果、有意な上昇は確認できない。しかしながら、その後、高温環境下での加速試験を行って、熱伝導率を測定した結果、有意な上昇を示す期間は１０年であることが判る。この結果から、気体吸着デバイスの吸着能力は２０％に低減したことが判る。【０１４１】
これは、フィルタ１の通気度が大きいため、外被材内に浸入した水蒸気が、水分吸着材に吸着されるまでの時間を十分に確保できないため、気体吸着材は、気体および水蒸気いずれもを吸着し、気体吸着能力が損なわれてしまったためであると考えられる。【０１４２】
（第２の比較例）
第１の比較例において、熱処理温度を１５５０℃としてフィルタ１を作製する。このフィルタ１の通気度を測定した結果、通気度は０ｍｌ／ｍｉｎである。【０１４３】
第１の比較例では、熱処理温度が１５００℃の場合に通気度が３．７ｍｍ／ｍｉｎであるのに対し、熱処理温度が僅かに高くなることにより、通気度が大幅に変化することが判る。この結果から、熱処理温度の適正化による通気度の制御は困難であることが判る。【０１４４】
（第３の比較例）
第７の実施例において、気体吸着デバイス４のフィルタ１を用いず真空断熱材８を作製する。【０１４５】
この真空断熱材８を高温環境下での加速試験を行い、その後に熱伝導率を測定した結果、熱伝導率は保持できないことが判る。このことから、気体吸着デバイス４を大気中で取り扱った際に、気体吸着能力を使い果たしてしまうことが判る。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
以上述べたように、本開示によれば、外被材内のガス成分が水蒸気を含む場合であっても、気体吸着材には、充分に水蒸気が低減された非凝縮性気体が到達し、気体吸着材の能力を充分に発揮することができ、環境負荷物質も用いないという格別な効果を奏することができる。【０１４７】
よって、本開示は、高温多湿地域で、非常に長い間、断熱性能が要求される建物への使用も可能である。また、浴槽のように、高温多湿環境においても使用可能であるため、省エネルギー化に大きく貢献することができ、有用である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  フィルタ
２  相対的に融点の高い物質
３  相対的に融点の低い物質
４  気体吸着デバイス
５  気体吸着材
６  気体難透過性容器
７  封止ガラス
８  真空断熱材
９  外被材
１０  芯材
１１  水分吸着材
【図１】
2018101142.tif 000003
【図２】
2018101142.tif 000004
【図３】
2018101142.tif 000005
【図４】
2018101142.tif 000006
【国際調査報告】
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2018101142.tif 000008
2018101142.tif 000009
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