JP2014524557A - 水分及びガス吸着用ゲッター材を備えた真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、水分及びガスを吸着するゲッター材を備えることによって、長期耐久性を向上させ、費用を節減できる真空断熱材及びその製造方法を開示する。本発明の真空断熱材は、減圧密封された芯材部；前記芯材部の中間一側に備えられたゲッター部；及び前記芯材部を取り囲んで密封した外被材部；を含み、前記ゲッター部は、吸湿剤とガス吸着剤とを混合したゲッター剤を不織布で包んだことを特徴とする。本発明の真空断熱材において、前記吸湿剤は、酸化カルシウム、塩化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭のうちいずれか一つで、前記ガス吸着剤はＦｅ系化合物からなる酸素吸着剤で、前記吸湿剤とガス吸着剤は２０：１ないし２００：１の比率で混合される。
Description
本発明は、水分及びガス吸着用ゲッター材を備えた真空断熱材及びその製造方法に関し、特に、水分及びガスを吸着するゲッター材を備えることによって、長期耐久性を向上させ、費用を節減できる真空断熱材及びその製造方法に関する。
従来に常用されていた真空断熱材は、韓国公開特許公報第２０１１―００７７８６０号（２０１１．０７．０７）に記載したように、一般に内部圧力と外部大気圧との圧力差を支持し、断熱材の形態を維持するための芯材と、芯材を取り囲みながら断熱材内部の真空状態を維持するためのガス遮断性の外被材と、断熱材内部の残留ガス及び気体を吸着することによって長期間真空を維持するためのゲッター材とを含む。
すなわち、従来の真空断熱材１０は、図１に示したように、芯材１２を含むコア部１１と、前記コア部１１を被覆する外被材１４とを含み、スティック型ゲッター材１３を芯材１２の内部に直接挿入した構造を有することができる。
このような真空断熱材１０においては、長期的な耐久性確保のためにゲッター材１３の役割が重要であるが、従来のゲッター材１３は、大気ガスの主成分であるＮ2、Ｏ2及びＨ2ガスと共に、ＣＯ／ＣＯ2及び炭化水素ガスなどの非活性ガスを除いた発生可能なガスを吸着することができる。
しかし、従来のゲッター材は、原材料の費用が高く、使用前の活性化のために３００℃以上の高い熱処理過程を経なければならなく、水分吸着のための吸湿剤をさらに備えなければならないので、生産費用が増加するという問題を有する。
本発明の目的は、耐久性が向上し、生産費用を節減できる水分及びガス吸着用ゲッター材を備えた真空断熱材を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記目的を達成できる真空断熱材の製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明の真空断熱材は、減圧密封された芯材部；前記芯材部の中間一側に備えられたゲッター部；及び前記芯材部を取り囲んで密封した外被材部；を含み、前記ゲッター部は、吸湿剤とガス吸着剤とを混合したゲッター剤を不織布で包んだことを特徴とする。
本発明の真空断熱材において、前記吸湿剤は、酸化カルシウム、塩化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭のうちいずれか一つであって、前記ガス吸着剤は、Ｆｅ系化合物からなる酸素吸着剤であることを特徴とする。
本発明の真空断熱材において、前記吸湿剤とガス吸着剤は２０：１ないし２００：１の比率で混合されることを特徴とする。
本発明の真空断熱材の製造方法は、上部外被材と下部外被材との間にゲッター挿入部がそれぞれ備えられた上部芯材と下部芯材、及び前記ゲッター挿入部に噛み合うゲッター部を含む構成要素を設ける段階；及び真空状態を有するチャンバー内に前記構成要素を配置して熱圧着する段階；を含み、前記ゲッター部は、吸湿剤とガス吸着剤とを混合したゲッター剤を不織布で包んだことを特徴とする。
本発明の真空断熱材の製造方法において、前記熱圧着する段階は、前記上部外被材の上部に噛み合う上部熱圧着ジグと、前記下部外被材の下部に噛み合う下部熱圧着ジグとを用いて上下から前記ゲッター部の方向に熱圧着することを特徴とする。
本発明に係る真空断熱材は、吸湿剤と少量のガス吸着剤とを混合したゲッター剤を用いて内部で発生するガスを容易に吸着することによって、内部の減圧状態を維持し、耐久性を向上させることができる。
本発明に係る真空断熱材の製造方法は、少量のガス吸着剤と吸湿剤とを混合したゲッター剤を用いるので、製造費用を節減し、内部の減圧状態を維持し、耐久性を向上させ得る真空断熱材を提供できるという効果を有する。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。ここで、本発明の実施形態は多様な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されることはない。
図２に示したように、本発明の実施例に係る真空断熱材１００は、減圧密封された芯材部１２０と、芯材部１２０の中間部分に形成されたゲッター剤挿入部１２３に装着されたゲッター部１３０と、芯材部１２０を取り囲んで密封した外被材部１１０、１１０'とを含んで構成されている。
外被材部１１０、１１０'は、芯材部１２０を取り囲んで上下に密封した上部外被材１１０及び下部外被材１１０'を含んで構成される。このような上部外被材１１０と下部外被材１１０'は、共通的に、芯材部１２０に接触しながら芯材部１２０を取り囲む熱圧着層１１１、ガスバリア層１１２、第１の保護層１１３及び第２の保護層１１４を含む。
熱圧着層１１１は、上部外被材１１０と下部外被材１１０'のそれぞれに備えられ、真空断熱材１００の製造過程で芯材部１２０を取り囲みながら縁部に沿って互いに熱圧着される層である。このような熱圧着層１１１は、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などのポリエチレン系列の樹脂、前記樹脂の他に、ポリプロピレン（ＰＰ）などの熱圧着が可能な樹脂、又はこれらの混合物からなり得る。
ガスバリア層１１２は、熱圧着層１１１の外部面を覆う層であって、気体の透過を防止するために、アルミニウム箔などの金属箔、又は、金属、金属酸化物、ダイヤモンド類似カーボン物質などを表面に蒸着したプラスチック膜で形成することができる。
第１の保護層１１３及び第２の保護層１１４は、ガスバリア層１１２の外部面を順次覆い、機械的強度を確保するための層である。このような第１の保護層１１３及び第２の保護層１１４は、それぞれポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ナイロン、ＰＥＴ、Ｋ―ＰＥＴ及びエチレンビニルアルコールからなる群より選ばれる一つ以上の樹脂からなり得る。
芯材部１２０は、上部外被材１１０と下部外被材１１０'によって取り囲まれて減圧密封された部材であって、グラスウール（ｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ）の無機繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂発泡体、ヒュームド・シリカ、パーライト、カーボンブラックなどの無機粉末、又は合成樹脂粉末の有機粉末のうちいずれか一つ又は一つ以上の合成物で形成することができる。ここで、芯材１２０は、前記合成物で形成される場合、前記合成物のそれぞれの層に多数積層された構造で形成することもできる。
ゲッター部１３０は、芯材部１２０の中間部分に形成されたゲッター挿入部１２３に装着される水分及びガス吸着用ゲッター剤１３１及び不織布１３２を含む部材であって、水分を吸着する吸湿剤とガス吸着剤を２０：１ないし２００：１の比率で混合したゲッター剤１３１を不織布１３２で包んだ部材である。
ここで、吸湿剤としては、酸化カルシウム、塩化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭のうち一つのナノ細孔物質、前記物質の混合物又は化合物のナノ細孔物質を使用し、選択的なガス吸着剤としては、ゼオライト、活性炭、アルミナのうち一つ又は一つ以上の合成物ナノ細孔物質、又はＴａ、Ｃｂ、Ｚｒ、Ｔｈ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属及びこのような金属の酸化物などを使用することができる。
このようなゲッター剤１３１には、芯材部１２０から放出されるガスと外被材部１１０、１１０'から放出されるガスによってガス吸着剤を選択的に使用することができる。例えば、芯材部１２０から二酸化炭素又は捕集された酸素、水素、窒素などの大気ガスが放出されたり、外被材部１１０、１１０'から炭化水素又は水分が放出される場合、それぞれのガスに応じて前記の金属又は金属酸化物をガス吸着剤として用いることができる。
特に、ゲッター剤１３１が選択的なガス吸着剤として酸素吸着剤を含む場合、酸素吸着剤には、Ｆｅ3Ｏ4、Ｚｎ2［Ｆｅ（ＣＮ）6］、Ｚｎ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］2、Ｃｅ［Ｆｅ（ＣＮ）6］などのＦｅ系化合物を用いることができる。
また、不織布１３２としては、粉末状であり得るゲッター剤１３１の離脱を防止するために、ポリプロピレン（ＰＰ）不織布、ポリエチレン（ＰＥ）不織布などを用いることができる。
このような真空断熱材１００は、吸湿剤と少量のガス吸着剤とを混合したゲッター剤１３１を用い、芯材部１２０と外被材部１１０、１１０'から放出されるガスを容易に吸着することによって内部の減圧状態を維持し、耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例に係る真空断熱材１００の製造方法を図３Ａないし図３Ｃを参照して説明する。図３Ａないし図３Ｃは、本発明の実施例に係る真空断熱材の製造方法を説明するための工程断面図である。
図３Ａに示したように、本発明の実施例に係る真空断熱材１００の製造方法は、まず、上部外被材１１０と下部外被材１１０'との間にゲッター部１３０と噛み合うゲッター挿入部１２３をそれぞれ備えた上部芯材１２１及び下部芯材１２２を設ける。
ここで、上部芯材１２１と下部芯材１２２にそれぞれ形成されたゲッター挿入部１２３は、上部芯材１２１と下部芯材１２２のそれぞれの該当の部分をカッティングすると同時にプレスし、溝状に予め形成した部分である。このようなゲッター挿入部１２３は、ゲッター部１３０のサイズに合わせたり、又はゲッター部１３０より大きく備えることができる。
このとき、ゲッター部１３０は、吸湿剤とガス吸着剤を２０：１ないし２００：１の比率で混合したゲッター剤１３１を４５０℃以上の温度で加熱して活性化した後、不織布１３２で包んだ形態で予め設けることができる。ここで、ガス吸着剤は、小さい量で十分にガス吸着を行えるので、０．０５ｇないし１ｇの範囲で前記比率で混合し、望ましくは０．５ｇで混合することができる。
このように真空断熱材１００の構成要素を設けた後、図３Ｂに示したように、真空断熱材の構成要素は、真空状態を有するチャンバー２００内に配置され、熱圧着される。
具体的に、チャンバー２００内の真空状態は、真空断熱材１００の内部に要求される真空状態と同一に１Ｐａないし２０Ｐａの減圧状態に維持され、このような状態で真空断熱材１００の構成要素を設ける。ここで、ガス吸着剤の変性を防止するために、減圧状態のチャンバー２００の内部は、選択的にＨｅ、Ａｒなどの非活性ガス雰囲気で形成することができる。
このように設けられた真空断熱材１００の構成要素に対して、上部外被材１１０と下部外被材１１０'が熱圧着ジグによって互いに噛み合って熱圧着するようになる。すなわち、上部外被材１１０の上部に噛み合う上部熱圧着ジグ（図示せず）と、下部外被材１１０'の下部に噛み合う下部熱圧着ジグ（図示せず）とを用いて上下に熱圧着し、上部外被材１１０と下部外被材１１０'のそれぞれを構成する熱圧着層１１１が縁部に沿って互いに一体に接着する。
これによって、上部外被材１１０と下部外被材１１０'との間の上部芯材１２１と下部芯材１２２が一体に融合されると同時に、ゲッター部１３０が上部芯材１２１と下部芯材１２２のそれぞれのゲッター挿入部１２３に噛み合って装着され得る。
このように熱圧着ジグを用いた熱圧着を行うと、図３Ｃに示したように、真空断熱材１００の製造が完了する。
このとき、チャンバー２００内部の真空が解除され、チャンバー２００の内部圧力が１Ｐａないし２０Ｐａで１×１０5Ｐａ程度の大気圧に上昇する。しかし、外被材１１０、１１０'で密封された真空断熱材１００の内部は、依然として１Ｐａないし２０Ｐａ程度の真空を維持することができる。
このような本発明の実施例に係る真空断熱材１００の製造方法は、小さい量のガス吸着剤と吸湿剤とを混合したゲッター剤１３１を用いて芯材部１２０と外被材部１１０、１１０'から放出されるガスを容易に吸着する真空断熱材１００を製造するので、製造費用を節減し、内部の減圧状態を維持し、耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例に係る真空断熱材１００の特性と効果を、多様なガス吸着剤を混合したゲッター剤を使用した比較例と比べて詳細に説明する。ここで、以下の説明は、本発明の望ましい例示として提示されたものであって、如何なる意味でも、これによって本発明が制限されると解釈してはならない。ここに記載していない内容は、この技術分野で熟練した者であれば十分に技術的に類推可能であるので、それについての説明は省略する。
実施例
実施例は、本発明に係る真空断熱材１００を適用し、酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤及びＦｅ3Ｏ4、Ｚｎ2［Ｆｅ（ＣＮ）6］、Ｚｎ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］2、及びＣｅ［Ｆｅ（ＣＮ）6］のうちいずれか一つのＦｅ系化合物からなる酸素吸着剤を４０：１の比率で混合したゲッター剤１３１をポリプロピレン（ＰＰ）不織布１３２に包んだゲッター部１３０を、グラスウールを積層した芯材部１２０の中間に装着する。
外被材部１１０、１１０'は、約５０μｍの厚さを有する直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の熱圧着層１１１と、約６μｍの厚さを有するアルミニウムのガスバリア層１１２と、約２５μｍの厚さを有するナイロンの第１の保護層１１３と、ポリビニリデンクロライド（ＰＶＤＣ）がコーティングされたポリエチレンテレフタレート（Ｋ―ＰＥＴ）樹脂層を約１２μｍの厚さで有する第２の保護層１１４とを適用する。
このような真空断熱材１００の初期熱伝導率を測定した後、９０℃で６週間熱処理し、熱伝導率測定機で真空断熱材１００の熱伝導率を測定した。
比較例１
比較例１は、実施例の真空断熱材１００に適用し、ゲッター剤が酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤及びＺｒ／Ｔｉ成分の水素ガス吸着剤を４０：１の比率で混合した点において実施例と異なる。
このように酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤及びＺｒ／Ｔｉ成分の水素ガス吸着剤からなるゲッター剤を含む比較例１に係る真空断熱材の初期熱伝導率を測定した後、９０℃で６週間比較例１に係る真空断熱材を熱処理し、熱伝導率測定機で比較例１に係る真空断熱材の熱伝導率を測定した。
比較例２
比較例２は、実施例の真空断熱材１００に適用し、ゲッター剤が酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤及びＺｒ／Ｂａ成分の窒素ガス吸着剤を４０：１の比率で混合した点において実施例と異なる。
このように酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤及びＺｒ／Ｂａ成分の窒素ガス吸着剤からなるゲッター剤を含む比較例２に係る真空断熱材の初期熱伝導率を測定した後、９０℃で６週間比較例２に係る真空断熱材を熱処理し、熱伝導率測定機で比較例２に係る真空断熱材の熱伝導率を測定した。
比較例３
比較例３は、実施例の真空断熱材１００に適用し、ゲッター剤がガス吸着剤を含まず、酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤のみからなるという点において実施例と異なる。
このように酸化カルシウム（ＣａＯ）の吸湿剤のみからなるゲッター剤を含む比較例３に係る真空断熱材の初期熱伝導率を測定した後、９０℃で６週間比較例３に係る真空断熱材を熱処理し、熱伝導率測定機で比較例３に係る真空断熱材の熱伝導率を測定した。
このようなそれぞれの実施例と比較例の測定結果は、図４に示したように明らかな相違点を有するようになり、実施例に係る真空断熱材の熱伝導率は０．００４０Ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃と測定され、比較例１に係る真空断熱材の熱伝導率は０．００４５Ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃と測定され、比較例２に係る真空断熱材の熱伝導率は０．００４８Ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃と測定された。また、比較例３に係る真空断熱材の熱伝導率は０．００５５Ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃と測定された。
このような結果を通して、ゲッター剤１３１は、他のガス吸着剤よりもＦｅ系化合物からなる酸素吸着剤と吸湿剤とを混合した形態で製造することが望ましく、時間が経過しても真空漏洩による熱伝導率の性能低下を減少させることができる。
したがって、本発明に係る真空断熱材１００は、酸化カルシウム成分の吸湿剤とＦｅ系化合物からなる酸素吸着剤とを混合したゲッター剤１３１を不織布１３２で包んだゲッター部１３０を適用することが望ましい。
本発明の技術思想は、前記望ましい実施例によって具体的に記述したが、上述した各実施例は、説明のためのものであって、制限のためのものではないことに注意しなければならない。
また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施が可能であることを理解できるだろう。
Claims (15)
- 減圧密封された芯材部；
前記芯材部の中間一側に備えられたゲッター部；及び
前記芯材部を取り囲んで密封した外被材部；
を含み、
前記ゲッター部は、吸湿剤とガス吸着剤とを混合したゲッター剤を不織布で包んだことを特徴とする真空断熱材。 - 前記吸湿剤は、酸化カルシウム、塩化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭のうちいずれか一つであって、
前記ガス吸着剤は、Ｆｅ系化合物からなる酸素吸着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材。 - 前記酸素吸着剤は、Ｆｅ3Ｏ4、Ｚｎ2［Ｆｅ（ＣＮ）6］、Ｚｎ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］2、及びＣｅ［Ｆｅ（ＣＮ）6］のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項２に記載の真空断熱材。
- 前記吸湿剤とガス吸着剤は２０：１ないし２００：１の比率で混合されることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材。
- 前記不織布は、ポリプロピレン不織布又はポリエチレン不織布であることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材。
- 前記芯材部は、無機繊維、有機繊維、樹脂発泡体、無機粉末、及び有機粉末のうちいずれか一つ又は一つ以上の合成物で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材。
- 前記無機繊維はグラスウールで、前記有機繊維はポリエステル繊維であって、前記樹脂発泡体は、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンのうちいずれか一つで形成され、前記無機粉末は、ヒュームド・シリカ、パーライト、及びカーボンブラックのうちいずれか一つで形成され、前記有機粉末は合成樹脂粉末であることを特徴とする、請求項６に記載の真空断熱材。
- 上部外被材と下部外被材との間にゲッター挿入部がそれぞれ備えられた上部芯材と下部芯材、及び前記ゲッター挿入部に噛み合うゲッター部を含む構成要素を設ける段階；及び
真空状態を有するチャンバー内に前記構成要素を配置して熱圧着する段階；を含み、
前記ゲッター部は、吸湿剤とガス吸着剤とを混合したゲッター剤を不織布で包んだことを特徴とする真空断熱材の製造方法。 - 前記吸湿剤は、酸化カルシウム、塩化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭のうちいずれか一つであって、
前記ガス吸着剤はＦｅ系化合物からなる酸素吸着剤であることを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。 - 前記酸素吸着剤は、Ｆｅ3Ｏ4、Ｚｎ2［Ｆｅ（ＣＮ）6］、Ｚｎ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］2、及びＣｅ［Ｆｅ（ＣＮ）6］のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
- 前記吸湿剤とガス吸着剤は２０：１ないし２００：１の比率で混合されることを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
- 前記不織布は、ポリプロピレン不織布又はポリエチレン不織布であって、
前記芯材部は、無機繊維、有機繊維、樹脂発泡体、無機粉末、及び有機粉末のうちいずれか一つ又は一つ以上の合成物で形成されることを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。 - 前記無機繊維はグラスウールで、前記有機繊維はポリエステル繊維であって、前記樹脂発泡体は、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンのうちいずれか一つで形成され、前記無機粉末は、ヒュームド・シリカ、パーライト、及びカーボンブラックのうちいずれか一つで形成され、前記有機粉末は合成樹脂粉末であることを特徴とする、請求項１２に記載の真空断熱材の製造方法。
- 前記構成要素を設ける段階は、
前記ゲッター挿入部を、前記上部芯材と下部芯材のそれぞれの該当の部分をカッティングしてプレスし、溝状に形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。 - 前記熱圧着する段階は、
前記上部外被材の上部に噛み合う上部熱圧着ジグと前記下部外被材の下部に噛み合う下部熱圧着ジグとを用いて、上下から前記ゲッター部の方向に熱圧着することを特徴とする、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
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