專利名稱：真空隔熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可作為冰箱等的隔熱材料或隔熱層使用的真空隔熱體。
近年來，由于地球環(huán)境保護(hù)意識的作用，已作為冰箱的隔熱材料的發(fā)泡劑一直使用的氟化物氣體CFC-11對臭氧層破壞的危險性已引起了世界性的注意。
在這種背景下，進(jìn)行了使用代替氟里昂系列或非氟里昂系列的新型發(fā)泡劑的隔熱材料的研究。作為代替氟里昂系列開始使用HCFC-141b、作為非氟里昂系列開始使用環(huán)戊烷。
可是，這些新型發(fā)泡劑均比CFC-11的氣體導(dǎo)熱率高，因此使用它們的冰箱的隔熱性能差是不可避免狀況。
一方面，從將來的節(jié)能等的角度看，冰箱的節(jié)能化是不可避免的問題，作為具體對策之一提高隔熱性能是重要的。如上所述，現(xiàn)有的冰箱存在對應(yīng)于由于代替氟里昂引起的隔熱性能下降和為達(dá)到節(jié)能化而提高隔熱性能相互矛盾的難題。
作為解決此類相互矛盾課題的一種方法，已有技術(shù)是在特開平6-11247號公報中記載的使用由在分子結(jié)構(gòu)中有碳酸根離子的鋁化合物組成的吸附劑的真空隔熱層。
已有技術(shù)的技術(shù)內(nèi)容是作為芯材將連續(xù)發(fā)泡結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)氨基甲酸乙脂泡沫或珍珠巖等的粉末和由在分子結(jié)構(gòu)中有碳酸根離子的鋁化合物組成的吸附劑填充在外覆材料中，將芯材內(nèi)部降壓密閉得到真空隔熱體。
在那個已有技術(shù)里，其特征是因為吸附是在分子結(jié)構(gòu)中有碳酸根離子的鋁化合物所以對于二氧化碳的選擇吸附能力強(qiáng)，因此可長期的保持真空度。
真空隔熱體的隔熱原理是，將導(dǎo)熱的氣體如空氣從應(yīng)隔熱的門或壁等薄箱體的主要部分排出。但是，在工業(yè)等級上達(dá)到高真空度是困難的。實用上可達(dá)到的真空度是0.1～10Torr。因此，用此范圍的真空度必定可得到要求的隔熱特性。
在通過氣體如空氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)的情況下，給隔熱特性以影響的重要的物理特性是氣體分子的平均自由行程。所謂平均自由行程是指構(gòu)成氣體如空氣的分子之一到和其他的分子相撞擊時進(jìn)行的距離。在由平均自由行程形成的空間大的情況下，因為在空間中分子間沖撞、發(fā)生氣體的熱傳導(dǎo)，使真空隔熱體的熱傳導(dǎo)率變大。反之由平均自由行程形成的空間小的情況下真空隔熱體的熱傳導(dǎo)率變小。這是因為幾乎沒有由氣體如空氣沖撞引起的熱傳導(dǎo)。
因此，為長時間地維持真空隔熱體的性能，必須保持氣體如空氣的平均自由行程為大的常值。為此，怎樣長時間保持高的真空度是重要的。為此有必要吸附除去芯材產(chǎn)生的氣體和從外部透過真空隔熱體而侵入的氣體。由芯材產(chǎn)生的氣體只是有機(jī)物時，大部分是二氧化碳。從外部透過真空隔熱體而侵入的氣體是各種各樣的，有氮氣、氧氣、二氧化碳等。
如上所述，為使真空隔熱體的真空度保持高的定值從而長時間地維持隔熱性能，除二氧化碳外還必須同時吸附除去氮氣、氧氣這樣的氣體。但是，因為在上述已有技術(shù)的專利中使用的只是對于二氧化碳的吸附劑，所以在氮氣、氧氣等透過侵入的情況下招至真空度的下降，使隔熱性能變差。
另一方面，作為對氧氣和氮氣有吸附能力的物質(zhì)有鋇氣體吸附劑和由鋯、釩、鐵三種元素的合金形成的氣體吸附劑。眾所周知，前者用于電子管等，后者用于保溫瓶等。
但是，因為上述鋇氣體吸附劑是蒸發(fā)型吸附劑，所以在真空條件下必須加熱到高溫，不適用于使用塑料的真空隔熱體。還有，由鋯、釩、鐵三種元素的合金形成的吸附劑在常溫下不具有活性，必須加熱到450℃以上使其具有活性。進(jìn)行活性化處理的條件為大氣的情況下，如果在高于450℃的溫度下使其活性化，由于同時吸附大氣中的氣體，所以最好在真空條件下進(jìn)行活性化。這樣，上述任何一種吸附材料都不適用于使用塑料的真空隔熱體。因此，長時間維持使用塑料的真空隔熱體的隔熱性能是困難的。
解決這類問題是為改善使用塑料的真空隔熱體的性能。
本發(fā)明的目的是長時間維持使用塑料的真空隔熱材料的隔熱性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的真空隔熱體包括抑制外部氣體侵入的外覆蓋材料和保持形狀的具有熱絕緣的芯材和非蒸發(fā)型吸附材料。
這樣，因為吸附材料是非蒸發(fā)型的，所以對于真空隔熱體的制造無需在真空條件下加熱蒸發(fā)，使常溫處理成為可能。因此，該吸附材料可適用于以塑料為外覆蓋材料的真空隔熱體，從而可長時間地維持隔熱性能。
本發(fā)明的真空隔熱體的一種模式是上述非蒸發(fā)型吸附材料是含有鋇和鋰的合金。
這樣，由于作為非蒸發(fā)型吸附劑的材料構(gòu)成使用了含有鋇和鋰的合金，在常溫下的吸附能力顯著提高了。由于鋇和鋰對氧氣和氮氣、二氧化碳、水等有很強(qiáng)的親和力，所以表現(xiàn)出對其中任何一種氣體的吸附能力。而且重要的是，因為用鋇或鋰的單體的吸附在表面上形成氮化鋇或氮化鋰、氧化鋇或氧化鋰而穩(wěn)定，所以只能吸附微量的氣體。為改良此點，本發(fā)明在作為主體材料(host material)的鋇中加入鋰成為合金，所以形成最緊密填充的六方晶格(hexagonal close packed lattice)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和容腔。好的組成范圍是鋇占重量的83～98％。但也可用鋇占重量的83～98％的組成。氮氣和氧氣一被又由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附材料吸附，就直接在表面形成氮化層和氧化層等。但是，在通過鋇和鋰的合金化而形成最緊密填充的六方晶格的結(jié)晶結(jié)構(gòu)時，氮氣和氧氣向結(jié)晶結(jié)構(gòu)的內(nèi)部擴(kuò)散。因而在吸附材料表面形成的氮化層和氧化層的穩(wěn)定覆蓋膜經(jīng)過一段時間消失，這樣吸附材料表面被凈化，可維持長時間高的吸附能力。由于適用于了這類吸附材料，所以使長時間的性能維持成為可能。
在本發(fā)明的真空隔熱體的另一種模式中，在上述非蒸發(fā)型吸附材料表面上有水分吸附劑的覆蓋層。
這樣在本發(fā)明中，由于在由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附材料表面上覆蓋了水分吸附劑，所以解決了因為大氣中的水分吸附于上述吸附材料上造成的吸附能力下降的問題。
水分吸附最好以層疊的狀態(tài)覆蓋在鋇和鋰的合金上。具體地說，最好將作為水分吸附劑的氧化鉛的粉末層疊在鋇和鋰的合金上。粉末狀態(tài)的氧化鉛，最好平均粒徑是2～12μm，即使用平均粒徑達(dá)到90μm的粉末也可得到一樣的效果。合適的水分吸附劑的空隙率為60～95％。
隨著層疊的水分吸附劑的厚度變大可減輕水分吸附的影響，但是厚度一旦達(dá)到10mm以上則效果不變。還有，作為水分吸附劑，氧化鉛是適用的，但即使利用其他的氧化鋇或氧化鎂等也可得到同樣的效果。
由于使用此類水分吸附劑覆蓋的氣體吸附材料所以不會出現(xiàn)在大氣中組裝引起的不良影響，并可長時間地維持真空隔熱體的性能。
本發(fā)明的真空隔熱體的再一種模式是上述非蒸發(fā)型吸附材料是粉末的。
這樣，因為使用了在含有鋇和鋰的合金的粉末表面上覆蓋了水分吸附劑的吸附材料，所以容易調(diào)整吸附速度，并可選定與外覆蓋材料的透氣性相吻合的吸附材料。其結(jié)果是使吸附材料的吸附負(fù)荷一定，從而提高了針對真空隔熱體的性能維持的可靠性。
還有，本發(fā)明的再另外一種模式的隔熱箱體是在要隔熱的箱體內(nèi)的空間中同時容納發(fā)泡隔熱材料和如權(quán)利要求1所述的真空隔熱體。
因為本發(fā)明的真空隔熱體使用至少具有非蒸發(fā)型的吸附材料的吸附劑，所以使常溫常壓下的裝配成為可能，即使對于因用塑料而不能高溫加熱的真空隔熱材料也適用。
本發(fā)明的真空隔熱體，因為作為非蒸發(fā)型吸附材料使用含有鋇和鋰的合金所以不在其表面形成穩(wěn)定的覆蓋膜，因此可長期保持吸附能力，進(jìn)而可防止真空隔熱體的性能下降。
另外，本發(fā)明的真空隔熱體，因為使用在含有鋇和鋰的合金的表面上覆蓋水分吸附劑的吸附材料，所以即使在空氣中放置若干時間也不會變壞，因此裝配容易，這樣可長期維持真空隔熱層的性能。
在本發(fā)明的真空隔熱體中，使用了在含有鋇和鋰的合金的表面上覆蓋水分吸附劑的粉末化的吸附材料，這樣容易調(diào)整吸附速度，并可選定與外覆蓋材料的透氣性相吻合的吸附材料。其結(jié)果是使吸附劑的吸附負(fù)荷一定，從而提高了針對于真空隔熱體的性能維持的可靠性。
另外，本發(fā)明的隔熱用箱體使用了應(yīng)用由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附材料的真空隔熱層，所以解決了因真空隔熱體的性能短時間變壞引起冰箱的壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)率過高、進(jìn)而導(dǎo)致品質(zhì)下降的問題。
發(fā)明的新型特征不外乎隨后的權(quán)利要求的范圍內(nèi)所特別記載的，關(guān)于構(gòu)成和內(nèi)容兩方面，對于本發(fā)明可同時參照其目的和特征與附圖以及易理解的以下詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的真空隔熱體的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的另一個實施例的經(jīng)過天數(shù)與內(nèi)壓的關(guān)系的特性圖。
圖3是表示本發(fā)明的另一個實施例的經(jīng)過天數(shù)與內(nèi)壓的關(guān)系的特性圖。
圖4是表示本發(fā)明的另一個實施例的經(jīng)過天數(shù)與內(nèi)壓的關(guān)系的特性圖。
圖5是本發(fā)明的另一個實施例的隔熱箱體的剖面圖。
應(yīng)注意圖紙的一部分或全部，用以圖示為目的概要的表現(xiàn)描述，不局限于忠實地描述其表示的要素的實際的相對大小和位置。以下利用圖1、2、3、4、5說明本發(fā)明的一個實施例。
圖中，1是真空隔熱體，它是由將在150℃干燥1小時的連續(xù)氣泡構(gòu)造的硬質(zhì)氨基甲酸乙脂泡沫構(gòu)成的尺寸為100cm×50cm×3cm、空隙率為60～99％的芯材2，以及由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的直徑為60mm×厚度3mm的吸附劑3，填充在由金屬-塑料薄片構(gòu)成的外覆蓋材料4內(nèi)后，將其內(nèi)部用真空泵減壓密閉至0.1Torr而得到的。另外金屬-塑料薄片，由最外層是10μm厚的聚乙烯對酞酸脂樹脂薄膜，其內(nèi)側(cè)層是蒸發(fā)了500埃厚的鋁的20μm厚的乙烯對酞酸脂復(fù)合體樹脂薄膜，最內(nèi)層是50μm厚的高密度聚乙烯樹脂薄膜整體構(gòu)成。另外在吸附劑3的表面覆蓋水分吸附劑的構(gòu)造最好是在鋇-鋰合金上層疊的狀態(tài)。具體是最好在鋇-鋰合金的吸附劑3上層疊作為水分吸附劑的氧化鉛的粉末。作為粉末狀態(tài)的氧化鉛使用平均粒徑為7μm的物質(zhì)。最好是平均粒徑為2～12μm，但即使用平均粒徑達(dá)到90μm的粉末也可得到一樣的效果。對于層疊的水分吸附劑的厚度，如果增加厚度就可減少水分吸收的不良影響，但達(dá)到10mm以上的厚度時效果就不變。作為水分吸附劑，除氧化鉛以外無論使用氧化鋇或氧化鎂等都可得到同樣的效果。水分吸附劑層的空隙率為90％。[實施例1]表1及圖2是表示如前所述得到的真空隔熱體的真空度隨時間的變化。
單位torr
比較例1在不使用吸附劑時，真空隔熱體的壓力不變化。即可知沒有芯材產(chǎn)生的氣體和從外覆蓋材料透過侵入的氣體。另外，比較例2使用鋇單體的吸附劑。此吸附劑吸附能力低，因此即使短時間的放置到空氣中也會失去吸附能力。象從表及圖中所看到的那樣，即使在由外覆蓋材料密閉前即使在大氣中放置2分鐘也不能看到吸附能力。
一方面，可以知道使用本發(fā)明的由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附劑的真空隔熱體(實施例1)，根據(jù)用外覆蓋材料密閉前在大氣中放置的時間長短其程度是不同的，但明顯在常溫下吸附了氧氣和氮氣。因為在此實施例中未在表面覆蓋水分吸附劑，所以如果在大氣中放置5分鐘以上則吸附能力銳減，但是如果在2分鐘以內(nèi)沒有問題。無論如何在本實施例中表現(xiàn)出了由于添加鋇和鋰并合金化的效果。[實施例2]表2及圖3是表示由上述含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附劑3的表面上，覆蓋作為水分吸收劑的氧化鋇時的結(jié)果。
單位torr
本實施例2與實施例1相比在大氣中可放置的時間長5倍以上，即使在大氣中放置10分鐘也沒問題。這是因為在上述吸附劑3上覆蓋了水分吸附劑防止了吸附劑的活性降低，這樣由于可放置的時間變長可大幅度地提高操作性。還可長時間地維持真空隔熱體的性能。[實施例3]表3及圖4，是表示將由上述含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附合金以直徑約5μm的粉末在鋁的直徑約60mm、深約4mm的容器充滿到約3mm厚以作為吸附劑3，在其上面層疊直徑約5μm的氧化鋇粉末厚度約1mm作為水分吸附劑，再在其上面裝上透氣性(gas-passing)布(web)以作為遮蓋時的結(jié)果。
單位torr
可見在實施例3中與實施例2中的那種塊狀相比吸附速度快了。這是因為粉末狀態(tài)的吸附劑的表面積比增大。另外，可根據(jù)選擇粉末的粒徑使與外覆蓋材料的氣體透過性相適應(yīng)的吸附速度的調(diào)整成為可能。其結(jié)果使吸附劑的吸附負(fù)荷一定，使對應(yīng)于真空隔熱材料的性能維持的可靠性提高。
另外，除鋇-鋰的兩種元素的合金之外，在鋇-鋰合金上添加鎂或鍶等金屬也可得到同樣的效果。
因為鎂和鍶的反應(yīng)活性低，所以將它們添加到鋇鋰合金中，可得到更穩(wěn)定的吸附劑。特別是，鎂的添加量最好是總重量的0.2～0.8％，通過該范圍的添加在不影響吸附性能的范圍內(nèi)可得到更穩(wěn)定的吸附劑。
又因為鍶的反應(yīng)活性與鎂相同，所以含有量最好也是總重量的0.2～0.8％。
再有要提高對二氧化碳及水的吸附能力時，最好在鋇鋰合金吸附劑基礎(chǔ)上將二氧化碳吸附劑和水分吸附劑、活性碳等同鋇鋰吸附劑并用。作為二氧化碳吸附劑，例如平均粒徑為5～20μm的氫化鈣、沸石和平均粒徑為0.8～6μm的活性碳粉末等為好。作為水分吸附劑，例如氯化鈣粉末、最好是平均粒徑2～18μm的氯化鈣粉末為好。還有作為它們的充填狀態(tài)，最好分別將二氧化碳吸附劑及水分吸附劑或者兩者共同填充于無紡布中25g，作為水分吸附劑在填充約15g的狀態(tài)下包圍了鋇鋰吸附劑。
如上所述，通過使用本發(fā)明的吸附劑使常溫常壓下的組裝成為可能，并可長時間地保持真空隔熱體的性能。[實施例4]圖5表示作為冰箱、冰柜等的壁板、門等構(gòu)件使用的厚度小的(薄的)隔熱用箱體的例子。在圖5中，5是隔熱用箱體，它在由外箱6和內(nèi)箱7形成的空間8中有多層發(fā)泡隔熱材料9和真空隔熱體1。真空隔熱體1安裝于內(nèi)箱7中，也可安裝于外箱6中。
這樣構(gòu)成的隔熱用箱體5，因為預(yù)置了安裝在真空隔熱體1上的由含有鋇和鋰的合金構(gòu)成的吸附劑3，所以可吸附除去從外部侵入的氮氣和氧氣。因此，可解決隔熱層的性能短時間變差引起的冰箱的壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)率過高、電力消耗過大之類品質(zhì)降低的問題。
雖然對發(fā)明進(jìn)行具有一定詳細(xì)程度的、恰到好處的狀態(tài)說明，但應(yīng)該清楚該恰到好處的狀態(tài)的公開內(nèi)容在構(gòu)成的細(xì)小部分會有變化，各部件的組合與配置可在不脫離以下請求的發(fā)明范圍及思路的情況下進(jìn)行再構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種真空隔熱板材，其特征在于包括抑制外氣侵入的外覆蓋材料(4)和分別容納于外覆蓋材料(4)中的并保持形狀的具有熱絕緣性的芯材(2)及非蒸發(fā)型吸附材料(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的真空隔熱板材，其特征在于上述非蒸發(fā)型吸附材料(3)是含有鋇鋰的合金。
3.如權(quán)利要求2所述的真空隔熱板材，其特征在于上述非蒸發(fā)型吸附材料(3)的表面上有水分吸附劑的覆蓋層。
4.如權(quán)利要求1所述的真空隔熱板材，其特征在于上述非蒸發(fā)型吸附材料(3)是粉末狀。
5.如權(quán)利要求2所述的真空隔熱板材，其特征在于上述非蒸發(fā)型吸附材料(3)是粉末狀。
6.如權(quán)利要求3所述的真空隔熱板材，其特征在于上述非蒸發(fā)型吸附材料(3)是粉末狀。
7.一種隔熱箱體，其特征在于他是在薄型箱體(6)內(nèi)的空間(8)中，容納了發(fā)泡隔熱材料(9)和如權(quán)利要求1所述的真空隔熱板材(1)。
8.一種隔熱箱體，其特征在于他是在薄型箱體(6)內(nèi)的空間中，容納了發(fā)泡隔熱材料(9)和如權(quán)利要求2所述的真空隔熱板材(1)。
9.一種隔熱箱體，其特征在于他是在薄型箱體(6)內(nèi)的空間(8)中，容納了發(fā)泡隔熱材料(9)和如權(quán)利要求3所述的真空隔熱板材(1)。
10.一種隔熱箱體，其特征在于他是在薄型箱體(6)內(nèi)的空間中，容納了發(fā)泡隔熱材料(9)和如權(quán)利要求4所述的真空隔熱板材(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及可作為冰箱等的隔熱材料使用的真空隔熱板材，它以維持真空隔熱體的性能為目的。該真空隔熱板材包括熱絕緣性芯材2由鋇鋰合金構(gòu)成的吸附材料3和抑制外氣侵入的外覆蓋材料4。
文檔編號B65D81/38GK1143740SQ9512188
公開日1997年2月26日 申請日期1995年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月2日
發(fā)明者谷本康明, 宮地法幸 申請人:松下冷機(jī)株式會社