気体吸着デバイスおよび気体吸着デバイスの使用方法
【課題】水分に対して高活性な気体吸着材の水蒸気による劣化を抑制して、優れた気体吸着容量を得る。
【解決手段】気体吸着デバイス１は、気体吸着材２と、気体吸着材２を被うバリア容器３と、バリア容器３を被う水分難透過空気透過フィルム５とを備えており、水蒸気の気体吸着材２への到達を抑えることにより、水蒸気による気体吸着材２の劣化を抑制し、優れた気体吸着容量を得る事ができる。水分吸着材を併用して真空機器に設置することにより、さらに優れた気体吸着力を得る事ができる。
【解決手段】気体吸着デバイス１は、気体吸着材２と、気体吸着材２を被うバリア容器３と、バリア容器３を被う水分難透過空気透過フィルム５とを備えており、水蒸気の気体吸着材２への到達を抑えることにより、水蒸気による気体吸着材２の劣化を抑制し、優れた気体吸着容量を得る事ができる。水分吸着材を併用して真空機器に設置することにより、さらに優れた気体吸着力を得る事ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む空気のうち空気のみを選択的に吸着する気体吸着デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空断熱材、真空断熱容器、プラズマディスプレイパネル等、高度な真空環境により性能を発揮することができる機器（以下、真空機器と記述）の開発が盛んになってきている。
【０００３】
これらの真空機器にとって、製造時における残留気体や経時的に侵入する気体による内部の圧力上昇は性能を劣化する原因になる。そこで、これらの気体を吸着するための吸着材の適用が試みられている。
【０００４】
一般に、水蒸気の吸着は空気の吸着に比較して容易であるため、水蒸気を吸着する吸着材（以下、水分吸着材と記述）は、ゼオライト、シリカゲルのような物理吸着材、酸化カルシウム等の化学吸着材ともに安価なものが数多く商品化されている。
【０００５】
一方、空気に含まれる気体のうち、窒素のような不活性気体の吸着は特に困難であるため、不活性気体を吸着する吸着材（以下、気体吸着材と記述）は水分吸着材に比較して高価である。
【０００６】
一方、真空断熱材の内部等、気体吸着材を設置する空間は、空気と水蒸気の混合雰囲気で満たされていることが一般的である。
【０００７】
一般に、空気を吸着可能な気体吸着材は、高活性であり、空気に加え水蒸気をも吸着することができるため、空気と水蒸気の混合気体であっても、気体吸着材のみでいずれをも吸着することが可能である。
【０００８】
しかし、気体吸着材は水蒸気を吸着することにより、空気に対する吸着容量が低減してしまう。従って、所定量の空気を吸着するためには、水蒸気を吸着して低減した分を補うため、より多くの気体吸着材が必要になる。
【０００９】
ここで、上述のように、気体吸着材は水分吸着材に比較して高価であるため、気体吸着材に水蒸気を吸着させることは得策ではなく、気体吸着材には選択的に空気を吸着させることが得策である。従って、気体吸着材に優先的に空気を吸着させる機構が必要である。
【００１０】
そこで、気体吸着材を水分吸着材で被い、水分吸着材で水蒸気を吸着して空気のみを気体吸着材で吸着する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表平９−５１２０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、水分吸着材よる気体の遮断性が必ずしも十分とはいえないため、水蒸気の割合が多い気体内に設置した場合、気体吸着材の空気に対する吸着容量が低減するという課題があった。
【００１３】
そこで本発明では、十分な水蒸気遮断性を付与することにより、気体吸着材が空気を選択的に吸着することを可能にする気体吸着デバイスとその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の気体吸着デバイスは、気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたのである。
【００１５】
これによって、吸着対象の気体中に水蒸気が含まれていても、気体吸着材には含まれる水蒸気が少ない気体が到達する。この結果、気体吸着材は水蒸気吸着による空気の吸着容量の低下が抑制され、気体吸着能力を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の気体吸着デバイスの使用方法は、外被材内に気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して外被材内を真空引きして真空断熱材を作製するのである。
【００１７】
これにより、水分難透過空気透過フィルムにより透過を妨げられた水蒸気が、閉空間である外被材内に滞留することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の気体吸着デバイスによると、空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために気体吸着材適用量を少なくして、気体吸着デバイスを安価に得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１の気体吸着デバイスの概略図
【図２】同実施の形態の気体吸着デバイスを用いた真空断熱材の概略図
【図３】本発明の実施の形態３の気体吸着デバイスの概略図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたことを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２１】
気体吸着材、例えば銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトの水蒸気に対する活性は、空気に対する活性より強い。このため、空気と水蒸気が混在する空間、すなわち、湿り空気中に気体吸着材を設置すると、水蒸気を優先的に吸着することで、空気吸着量が低減してしまう。
【００２２】
そこで、気体吸着材を、空気に対しては高透過性であり、水蒸気に対しては難透過性であるフィルムで被うことにより水蒸気の到達量を少なくし、気体吸着材に空気を選択的に吸着させることができる。
【００２３】
第２の発明は、第１の発明において、水分難透過空気透過フィルムが透明であることを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２４】
気体吸着デバイスの気体吸着材はバリア容器に被われているため、空気中においても気体吸着材には空気が到達せず、長期間保存することができる。
【００２５】
一方、気体吸着材により対象となる空間の気体を吸着する際、バリア容器に貫通孔を形成して、吸着対象となる空間に存在する気体を透過させる必要がある。この際、水分難透過空気透過フィルムには貫通孔を形成せずに、バリア容器のみに貫通孔を形成しなければならない。従って、バリア容器の貫通孔の形成の有無は、水分難透過空気透過フィルムの外から確認する必要がある。
【００２６】
ここで、水分難透過空気透過フィルムが透明であるため、外部からバリア容器の貫通孔形成の有無を容易に確認することができる。
【００２７】
第３の発明は、第１または第２に記載の発明において、水分難透過空気透過フィルムがポリエチレンまたはポリプロピレンのいずれか一方を含むことを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２８】
ポリエチレンフィルム及び、ポリプロピレンフィルムは空気に対して高透過性を有し、水蒸気に対しては難透過性を有している。また、一般にこれらのフィルムは安価であるという特徴がある。
【００２９】
第４の発明は、第１から第３の発明において、水分難透過空気透過フィルムの空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００３０】
気体吸着デバイスにより真空機器の特性を保持するためには、真空機器内への空気の侵入速度を上回る速度で空気を吸着する必要がある。
【００３１】
例えば、真空機器が真空断熱材の場合は、以下に示す埋由により。空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることにより、真空機器の性能を保持することができる。
【００３２】
真空断熱材の外被材内部は、概ね１０Ｐａ以下に保つことにより、優れた断熱性能を保持することができる。外被材内部が１０Ｐａであれば、気体吸着デバイスの水分難透過空気透過フィルム内外の圧力差は概ね１０Ｐａである。従って、水分難透過空気透過フィルムを透過する空気の量は１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ×（１０／１０１３００）ａｔｍ≒０．００１ｃｃ／ｄａｙとなる。一方、シール層が厚さ１００μｍ、周囲長さ１０００ｍｍの真空断熱材にシール層から侵入する空気の量は、概ね０．０００３ｃｃ／ｄａｙである。従って、真空断熱材の外被材の内部の圧力が１０Ｐａであれば、侵入する空気より気体吸着デバイスが吸着する空気の量の方が多くなる。これは、真空断熱材内部の圧力は１０Ｐａ以下で平衡状態になることを意味する。従って、水分難透過空気透過フィルムの空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることにより、真空機器の性能を発揮する気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００３３】
第５の発明は、外被材内に、第１から第４のいずれかの発明の気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して外被材内を真空引きして真空断熱材を作製する気体吸着デバイスの使用方法である。
【００３４】
空気と水蒸気が存在する閉空間に水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材が共存する場合、一般に、高活性な気体吸着材の吸着平衡水蒸気圧は、水分吸着材の吸着平衡水蒸気圧より低いため、次に示す過程により平衡状態に達する。
【００３５】
初期の水蒸気圧が、水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材のいずれの平衡水蒸気圧より高い場合、水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材を閉空間に設置後経過時間が短い時点では、それぞれの吸着材が水蒸気を吸着する。
【００３６】
閉空間内の水蒸気圧が低下し、水分吸着材の平衡蒸気圧より低くなると、水分吸着材は水分を吸着できなくなり、これ以降は気体吸着材のみにより水蒸気が吸着される。
【００３７】
一方、初期の水蒸気圧が、水分吸着材の平衡水蒸気圧より低い場合、水分吸着材は水分を吸着できず、気体吸着材のみが水蒸気を吸収する。
【００３８】
以上の様に、水分吸着材を併用して気体吸着材の水蒸気による劣化を抑制することは困難である。
【００３９】
そこで、気体吸着材を空気に対しては高透過性であり、水蒸気に対しては難透過性である水分難透過空気透過フィルムで被った気体吸着デバイスが有効になる。
【００４０】
気体吸着デバイスと水分吸着材を、空気と水蒸気が混在する閉空間内に設置すると、湿り空気に含まれる水分は、気体吸着材を被う水分難透過空気透過フィルムの透過が困難であるため、その水蒸気の大部分は水分吸着材に吸着され、閉空間内の蒸気圧は水分吸着材の平衡蒸気圧になる。
【００４１】
その後、水分難透過空気透過フィルムを通して内部に侵入する水蒸気量は、水分難透過空気透過フィルム内外の水蒸気圧差に比例するが、気体吸着材に到達する水蒸気量は少なく、水蒸気による気体吸着材の劣化は抑えられ、優れた空気吸着量を有する気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００４２】
第６の発明は、第５の発明において、バリア容器に貫通孔を形成した後に真空断熱材の外被材内に設置する気体吸着デバイスの使用方法である。
【００４３】
気体吸着デバイスのバリア容器の貫通孔は真空断熱材に適用する前に外部空間で形成する方がより簡単で確実である。この結果、真窄断熱材に設置する気体吸着デバイスのバリア容器に確実に貫通孔を形成できる。
【００４４】
従って、貫通不良を低減し適用した真空断熱材の歩留まりを向上させる気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００４５】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の気体吸着デバイスの概略図である。
【００４７】
図１において、気体吸着デバイス１は、気体吸着材２を、バリア容器３で被ったものに突起物４を隣接させ、ポリエチレンフィルムを二枚重ね合わせて３方シールしてなる水分難透過空気透過フィルム５で被ってなるものである。
【００４８】
以上のように構成された気体吸着デバイス１について、真空機器に適用するまでの保存時における動作、作用と真空機器に適用後の動作、作用を説明する。
【００４９】
先ず、大気中に気体吸着デバイス１が保存されている時は、バリア容器３により気体吸着材２には空気や水蒸気が到達せず、気体吸着材２の劣化が抑制される。
【００５０】
次に、気体吸着デバイス１を真空機器に設置後、水分の吸着を抑制し、空気を吸着する動作、作用を示す。
【００５１】
真空機器内部は気体吸着デバイス１を設置後に減圧され、空気の侵入を防ぐ部材により封止される。
【００５２】
ここで、空気の侵入を防ぐ部材は、連続性を保ったまま変形することができるものであり、一例としてアルミニウム箔をラミネートしたプラスチックフィルムがある。
【００５３】
気体吸着デバイス１が空気を吸着するためにバリア容器３に貫通孔を形成する必要があるが、以下に一例を説明する。
【００５４】
外部からの空気の侵入を防ぐ部材として、アルミニウム箔をラミネートしたプラスチックフィルムを用いた真空機器を、大気中に取り出すと、プラスチックフィルムに大気圧が加わり、内部と外部の圧力差によりもたらされる力が加わり、外部からの空気の侵入を防ぐ部材は内部方向へ変形する（以下、真空機器の変形と記述）。真空機器の変形により、突起物４がバリア容器３に押し付けられ、バリア容器３に貫通孔が形成される。この貫通孔を空気が通過して気体吸着材２へ空気が到達することができる。
【００５５】
以下、気体吸着デバイス１が空気を吸着する動作、作用を示す。
【００５６】
先ず、水分難透過空気透過フィルムは３方向のみシールされているため、一方が開口部になっている。ここで、単位時間当たりに開口部から気体吸着材２へ到達する気体の量は開口部の面積に比例するが、次に示す機構により、この量は極めて僅かであり、考慮する必要が無い。
【００５７】
気体吸着デバイス１の水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムには、真空機器の変形により、互いに密着する力が働く。従って、水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムのシールが施されていない部分からの気体の侵入は僅かになり、気体吸着材２へ到達する気体は、水分難透過空気透過フィルム５を透過して侵入する気体が支配的になる。
【００５８】
更に、真空機器の外部から加熱して、水分難透過空気透過フィルム５をポリエチレンフィルムの溶着温度以上にして開口部を溶着することにより、水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムの開口部からの気体の侵入をさらに低減することも可能である。
【００５９】
水分難透過空気透過フィルムとは、単位面積当たり、単位時間当たりの水蒸気透過量が小さく、空気透過量が大きいフィルムを指し、ポリエチレンや、ポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルムがこれに相当するが、これに限定するものではない。
【００６０】
空気透過度は１０００ｃｃ／ｍ2・ｄこｙ・ａｔｍ以上、望ましくは３０００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以上、さらに望ましくは１００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以上をを満たすものである。
【００６１】
水蒸気透過度は、２０ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下、望ましくは１０ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下、さらに望ましくは５ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下の満たすものである。
【００６２】
例えば、気体吸着デバイス１に適用する水分難透過空気透過フィルム５の面積が１００ｃｍ2の場合、水蒸気透過度が３ｇ／ｍ2・ｄａｙ、酸素透過度が３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍのフィルムを用いると、面積あたりの水蒸気透過度は０．０３ｇ／ｍ２・ｄａｙとなる。すなわち、気体吸着デバイス１に到達する面積あたりの水蒸気透過量は１日当たり約３７ｃｃとなる。
【００６３】
ここで、上記フィルムの酸素透過度は３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍであるため、気体吸着デバイス１に適用する面積あたりの一日あたりの酸素透過量は３００ｃｃである。従って、水蒸気透過量に対する酸素透過量の割合は３００／３７である。これは、気体吸着材２の吸着容量を３３７とすると、この内３００が酸素吸着に用いられ、３７が水蒸気の吸着に用いられることを意味する。気体吸着材２の吸着量に対する１００分率で記述すると、８９％が酸素の吸着に用いられることになる。
【００６４】
このように、水蒸気透過度に対する酸素透過度が大きいフィルムを用いることにより、気体吸着材２の酸素吸着量に対する水蒸気の吸着量を低減することが可能である。
【００６５】
ここでは酸素透過度を例にあげたが、窒素等の気体の透過度も酸素透過度と大幅に異なることは無いと考える。
【００６６】
以上のように構成した気体吸着デバイス１は空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために少ない気体吸着材適用量で真空機器の性能を発揮することができる。
【００６７】
ここで、気体吸着材とは、気体中に含まれる酸素、窒素などの低分子量気体を吸着できるものであり、ＺＳＭ−５型ゼオライトを銅でイオン交換したＣｕＺＳＭ−５や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム、水酸化リチウム、酸化バジウム、水酸化バリウム等がある。
【００６８】
バリア容器とは、容器の気体透過度が、１０4［ｃｍ3／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ］以下となるものであり、より望ましくは１０3［ｃｍ3／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ］以下のものであり、特に材料を指定するものではないが、金属箔をラミネートしたプラスチックフィルムのように、気体吸着材を充填でき、真空機器内で容易に貫通孔を形成できるものであれば良い。
【００６９】
突起物とは、針のように小さい面積に応力を集中させて単位面積あたりに加わる応力を大きくして、接触している物質に対する貫通力が大きくなる形状をしたものである。例えば、プラスチックフィルムに容易に貫通孔を形成するため、面積が０．１ｍｍ2以下の部分に応力を集中させることができる構造であれば良い。材質は特に指定するものではないが、金属、繊維強化プラスチック等の構造材料を用いることができる。
【００７０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の気体吸着デバイスを用いた真空断熱材の概略図である。
【００７１】
図２において、真空断熱材６は、気体吸着デバイス１、水分吸着材７、ガラス繊維の集合体からなる芯材８を、金属箔を含むラミネートフィルムからなる外被材９で被ってなるものである。
【００７２】
以上のように構成された真空断熱材６についてその動作、作用を説明する。
【００７３】
真空断熱材６は、３方シールした外被材９内に気体吸着デバイス１、水分吸着材７、芯材８を設置後、減圧空間で外被材９を封止して作製する。外被材９を封止後は真空断熱材６を８０℃で２時間保持（以下、エージングと記述）することで、水分吸着材７が、外被材９内の水分吸着作用を加速する。
【００７４】
エージングにより水分吸着材７の水分吸着を加速するため、短時間で外被材９内の水分量は水分吸着材７の平衡蒸気圧まで低下する。水蒸気が水分難透過空気透過フィルム５を透過する速度は、水分難透過空気透過フィルム５内外の水蒸気圧の差に比例する。
【００７５】
水分吸着材７の平衡蒸気圧に到達後は、水分難透過空気透過フィルム５内外の水蒸気圧の差が小さくなるため、長期間経過しても気体吸着材２への水蒸気の到達は少なく、気体吸着材の劣化を抑えることができる。
【００７６】
一方、真空断熱材６内には外被材９のシール層を通して外部より空気が侵入するが、この空気侵入速度より、水分難透過空気透過フィルム５を通して気体吸着材２に吸着される速度が大きくなるように設計することにより、外被材９内部を低圧に保ち、優れた断熱性能を保持することができる。
【００７７】
水分難透過空気透過フィルムは、二軸延伸ポリエチレンフィルムに限らず、無延伸低密度ポリエテレンフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルムなどを用いることにより、水蒸気による劣化を抑えた気体吸着デバイス１を安価に得る事ができる。
【００７８】
真空断熱材とは、外被材内部を真空にすることにより、気体による熱伝導を低減した断熱材である。
【００７９】
外被材とは、真空の空間への単位時間当たりの気体の侵入量を少なくすることができるフィルムであり、金属箔をラミネートしたプラスチックフィルム、金属や無機物を蒸着したプラスチックフィルムのように優れた気体遮断性を有するものである。
【００８０】
芯材とは、減圧された外被材が大気圧による圧縮に対して厚さを保持させるためのスペーサであり、ガラス繊維集合体を板状に成形したもの、無機粉末を板状に形成したもの等を用いることができるが、これらに限定するものではなく、熱伝導率が小さく、ガス発生が少ないものであれば良い。
【００８１】
水分吸着材とは、気体中に含まれる水分を吸着できるものであり、活性炭、シリカゲル、酸化カルシウム等がある。
【００８２】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３に記載の気体吸着デバイスの概略図である。
【００８３】
図３において、気体吸着デバイス１は、気体吸着材２を、バリア容器３で被ったものに突起物４を隣接させ、ポリエチレンフィルムを二枚重ね合わせて３方シールしてなる水分難透過空気透過フィルム５で真空封止したものである
本実施の形態では、実施の形態１において、バリア容器３と突起物４が、真空機器へ適用以前に真空封止されたものであり、その他の構成、動作、作用は実施の形態１と同等である。
【００８４】
バリア容器３と突起物４が、水分難透過空気透過フィルム５で真空封止されるため、水分難透過空気透過フィルム５の外部から突起物４が、バリア容器３に押しつけられように応力を加えると、バリア容器３には貫通孔が生じる。水分難透過空気透過フィルム５は透明であるため、バリア容器３の貫通孔形成が外部から容易に確認できる。従って、バリア容器３の貫通孔形成が確実になされる。この結果、真空機器の性能を確実に発揮して歩留まりを向上させることができる。
【００８５】
気体吸着デバイス１を真空機器に設置後の動作、作用は、実施の形態１と同等である。
【００８６】
以下、気体吸着デバイスとその使用方法について実施例を示す。
【００８７】
（実施例１）
実施の形態１において、気体吸着材を銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライト１．２ｇ（１０Ｐａでの１ｇあたりの気体吸着量は５ｃｃであるため、デバイスの気体吸着量は６ｃｃ）、バリア容器を厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンフィルム、厚さ６μｍのアルミ箔、厚さ２５μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムをラミネートしたもの、水分難透過空気透過フィルムを無延伸ポリプロピレンフィルム（酸素透過度：３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ、水蒸気透過度３．３ｇ／ｍ2・ｄａｙ、面積：０．０１ｍ2）として気体吸着デバイスを作製した。
【００８８】
気体吸着デバイスの作製は、アルゴンで満たしたグローブボックスの中でバリア容器内に気体吸着材を真空封止した後、３方シールされたポリエチレンフィルム内に入れることにより作製した。
【００８９】
真空断熱材の芯材はガラス繊維集合体を板状に成形して、３００ｍｍ×４００ｍｍの長方形とした。水分吸着材は酸化カルシウムを用いた。酸化カルシウムを用いることで、露点温度−４０℃が得られることを事前に確認した。
【００９０】
外被材は、厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンフィルム、厚さ６μｍのアルミ箔、厚さ２５μｍのナイロンフィルム、厚さ１５μｍのナイロンフィルムをラミネートしたものであり、３５０ｍｍ×５００ｍｍの長方形とした。
【００９１】
外被材に芯材と気体吸着デバイスを封止後、８０℃で２時間エージングを行い外被材内の水蒸気を水分吸着材に吸着させることで、外被材内の露点温度を−４０℃とした。エージング後に英弘精機株式会社製の熱伝導率測定装置オートλ０７３により熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００９２】
真空断熱材内には外被材を通して僅かであるが空気が侵入する。一般に、プラスチックの気体透過度は温度が上昇するに従って大きくなる。
【００９３】
この現象を利用して、短時間で長期間経過時に相当する気体を真空断熱材の外被材に侵入させて物性を評価することができる。
【００９４】
真空断熱材６を５００日間１００℃で保持することにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた後、熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００９５】
熱伝導率の上昇が無い、すなわち内圧増大が生じていないため、気体吸着デバイスと気体吸着材により、外部から侵入する空気と水蒸気を吸着していることが判る。さらに、真空断熱材を解体して気体吸着デバイスを取り出し、オートソープにより平衡圧１０Ｐａでの窒素の吸着量を測定した。この結果、０．８ｃｃであった。
【００９６】
従って、解体までに気体吸着材は吸着容量の内５．２ｃｃ分を消費したことになる。一方、外被材内への空気の侵入量は４．７ｃｃであることから、水蒸気により低下した気体吸着材の吸着量は０．５ｃｃ、であり、空気を吸着した量の約１２％に抑えられたことが判る。
【００９７】
以上のように、本発明の気体吸着デバイスによると、空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために気体吸着材適計量を少なくすることができる。
【００９８】
（比較例１）
気体吸着デバイスとして、気体吸着材を水分吸着材で被った構造の特許文献１にかかる吸着材を真空断熱材に適用した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【００９９】
外被材を封止後、８０℃で２時間エージングを行い外被材内の水蒸気を水分吸着材に吸着させることで、露点温度を−４０℃とした。
【０１００】
実施例１と同じく真空断熱材を作製してエージング後の熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１０１】
この後、１００℃でエージングすることにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた。この後、熱伝導率を測定すると０．０２５０Ｗ／ｍＫであった。さらに、真空断熱材を解体して内部の気体の量を測定した。この結果、３．９ｃｃであった。これにより、真空断熱材内で０．８ｃｃの空気を吸着したことが判る。
【０１０２】
一方、真空断熱材への適用以前の１０Ｐａでの気体吸着量を測定した結果、２．０ｃｃであった。
【０１０３】
この結果、真空断熱材へ適用後に水蒸気により低下した気体吸着材の吸着量は１．２ｃｃであり、空気吸着材が有する空気吸着量で、空気の吸着に用いられた量は４０％であり、水分によって劣化した量の６０％より小さく、水分による空気吸着量の低減が大きいことが判る。
【０１０４】
（比較例２）
気体吸着材を銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライト（１０Ｐａでの気体吸着量は５ｃｃ）として水分難透過空気透過フィルムを用いず、グローブボックス中でバリア容器で気体吸着材を被い、取り出した後、真空断熱材に適用した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【０１０５】
ここで、バリア容器には突起物を隣接させ、真空断熱材に適用した際に加わる大気圧で貫通孔が形成するようにしておいた。
【０１０６】
実施例１と同じく真空断熱材を作製してエージング後の熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１０７】
この後、１００℃でエージングすることにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた。この後、熱伝導率を測定すると０．０２９０Ｗ／ｍＫであった。この結果、気体吸着デバイスは侵入してくる空気を吸着できないことが判る。この要因は次のように考えられる。
【０１０８】
真空断熱材を作製した後、外被材内の水蒸気は、気体吸着材の平衡水蒸気圧まで低下する。気体吸着材の平衡水蒸気圧は水分吸着材の平衡水蒸気圧より低いため、水分吸着材は水分を吸着できない。外被材外部から侵入する水蒸気も同様に気体吸着材に吸着されるため、気体吸着材の吸着力は低減してしまう。この結果、外部より侵入した空気を吸着できず、内圧が上昇することにより真空断熱材の熱伝導率を維持することができなくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明にかかる気体吸着デバイスは、水蒸気を含む気体中で、気体を優先的に吸着することにより、真空断熱材等、水蒸気を含む空間の気体を吸着する用途に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 気体吸着デバイス
２ 気体吸着材
３ バリア容器
５ 水分難透過空気透過フィルム
６ 真空断熱材
７ 水分吸着材
８ 芯材
９ 外被材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む空気のうち空気のみを選択的に吸着する気体吸着デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空断熱材、真空断熱容器、プラズマディスプレイパネル等、高度な真空環境により性能を発揮することができる機器（以下、真空機器と記述）の開発が盛んになってきている。
【０００３】
これらの真空機器にとって、製造時における残留気体や経時的に侵入する気体による内部の圧力上昇は性能を劣化する原因になる。そこで、これらの気体を吸着するための吸着材の適用が試みられている。
【０００４】
一般に、水蒸気の吸着は空気の吸着に比較して容易であるため、水蒸気を吸着する吸着材（以下、水分吸着材と記述）は、ゼオライト、シリカゲルのような物理吸着材、酸化カルシウム等の化学吸着材ともに安価なものが数多く商品化されている。
【０００５】
一方、空気に含まれる気体のうち、窒素のような不活性気体の吸着は特に困難であるため、不活性気体を吸着する吸着材（以下、気体吸着材と記述）は水分吸着材に比較して高価である。
【０００６】
一方、真空断熱材の内部等、気体吸着材を設置する空間は、空気と水蒸気の混合雰囲気で満たされていることが一般的である。
【０００７】
一般に、空気を吸着可能な気体吸着材は、高活性であり、空気に加え水蒸気をも吸着することができるため、空気と水蒸気の混合気体であっても、気体吸着材のみでいずれをも吸着することが可能である。
【０００８】
しかし、気体吸着材は水蒸気を吸着することにより、空気に対する吸着容量が低減してしまう。従って、所定量の空気を吸着するためには、水蒸気を吸着して低減した分を補うため、より多くの気体吸着材が必要になる。
【０００９】
ここで、上述のように、気体吸着材は水分吸着材に比較して高価であるため、気体吸着材に水蒸気を吸着させることは得策ではなく、気体吸着材には選択的に空気を吸着させることが得策である。従って、気体吸着材に優先的に空気を吸着させる機構が必要である。
【００１０】
そこで、気体吸着材を水分吸着材で被い、水分吸着材で水蒸気を吸着して空気のみを気体吸着材で吸着する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表平９−５１２０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、水分吸着材よる気体の遮断性が必ずしも十分とはいえないため、水蒸気の割合が多い気体内に設置した場合、気体吸着材の空気に対する吸着容量が低減するという課題があった。
【００１３】
そこで本発明では、十分な水蒸気遮断性を付与することにより、気体吸着材が空気を選択的に吸着することを可能にする気体吸着デバイスとその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の気体吸着デバイスは、気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたのである。
【００１５】
これによって、吸着対象の気体中に水蒸気が含まれていても、気体吸着材には含まれる水蒸気が少ない気体が到達する。この結果、気体吸着材は水蒸気吸着による空気の吸着容量の低下が抑制され、気体吸着能力を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の気体吸着デバイスの使用方法は、外被材内に気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して外被材内を真空引きして真空断熱材を作製するのである。
【００１７】
これにより、水分難透過空気透過フィルムにより透過を妨げられた水蒸気が、閉空間である外被材内に滞留することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の気体吸着デバイスによると、空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために気体吸着材適用量を少なくして、気体吸着デバイスを安価に得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１の気体吸着デバイスの概略図
【図２】同実施の形態の気体吸着デバイスを用いた真空断熱材の概略図
【図３】本発明の実施の形態３の気体吸着デバイスの概略図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたことを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２１】
気体吸着材、例えば銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトの水蒸気に対する活性は、空気に対する活性より強い。このため、空気と水蒸気が混在する空間、すなわち、湿り空気中に気体吸着材を設置すると、水蒸気を優先的に吸着することで、空気吸着量が低減してしまう。
【００２２】
そこで、気体吸着材を、空気に対しては高透過性であり、水蒸気に対しては難透過性であるフィルムで被うことにより水蒸気の到達量を少なくし、気体吸着材に空気を選択的に吸着させることができる。
【００２３】
第２の発明は、第１の発明において、水分難透過空気透過フィルムが透明であることを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２４】
気体吸着デバイスの気体吸着材はバリア容器に被われているため、空気中においても気体吸着材には空気が到達せず、長期間保存することができる。
【００２５】
一方、気体吸着材により対象となる空間の気体を吸着する際、バリア容器に貫通孔を形成して、吸着対象となる空間に存在する気体を透過させる必要がある。この際、水分難透過空気透過フィルムには貫通孔を形成せずに、バリア容器のみに貫通孔を形成しなければならない。従って、バリア容器の貫通孔の形成の有無は、水分難透過空気透過フィルムの外から確認する必要がある。
【００２６】
ここで、水分難透過空気透過フィルムが透明であるため、外部からバリア容器の貫通孔形成の有無を容易に確認することができる。
【００２７】
第３の発明は、第１または第２に記載の発明において、水分難透過空気透過フィルムがポリエチレンまたはポリプロピレンのいずれか一方を含むことを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００２８】
ポリエチレンフィルム及び、ポリプロピレンフィルムは空気に対して高透過性を有し、水蒸気に対しては難透過性を有している。また、一般にこれらのフィルムは安価であるという特徴がある。
【００２９】
第４の発明は、第１から第３の発明において、水分難透過空気透過フィルムの空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることを特徴とする気体吸着デバイスである。
【００３０】
気体吸着デバイスにより真空機器の特性を保持するためには、真空機器内への空気の侵入速度を上回る速度で空気を吸着する必要がある。
【００３１】
例えば、真空機器が真空断熱材の場合は、以下に示す埋由により。空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることにより、真空機器の性能を保持することができる。
【００３２】
真空断熱材の外被材内部は、概ね１０Ｐａ以下に保つことにより、優れた断熱性能を保持することができる。外被材内部が１０Ｐａであれば、気体吸着デバイスの水分難透過空気透過フィルム内外の圧力差は概ね１０Ｐａである。従って、水分難透過空気透過フィルムを透過する空気の量は１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ×（１０／１０１３００）ａｔｍ≒０．００１ｃｃ／ｄａｙとなる。一方、シール層が厚さ１００μｍ、周囲長さ１０００ｍｍの真空断熱材にシール層から侵入する空気の量は、概ね０．０００３ｃｃ／ｄａｙである。従って、真空断熱材の外被材の内部の圧力が１０Ｐａであれば、侵入する空気より気体吸着デバイスが吸着する空気の量の方が多くなる。これは、真空断熱材内部の圧力は１０Ｐａ以下で平衡状態になることを意味する。従って、水分難透過空気透過フィルムの空気透過度が１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることにより、真空機器の性能を発揮する気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００３３】
第５の発明は、外被材内に、第１から第４のいずれかの発明の気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して外被材内を真空引きして真空断熱材を作製する気体吸着デバイスの使用方法である。
【００３４】
空気と水蒸気が存在する閉空間に水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材が共存する場合、一般に、高活性な気体吸着材の吸着平衡水蒸気圧は、水分吸着材の吸着平衡水蒸気圧より低いため、次に示す過程により平衡状態に達する。
【００３５】
初期の水蒸気圧が、水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材のいずれの平衡水蒸気圧より高い場合、水分吸着材と水分を吸着できる気体吸着材を閉空間に設置後経過時間が短い時点では、それぞれの吸着材が水蒸気を吸着する。
【００３６】
閉空間内の水蒸気圧が低下し、水分吸着材の平衡蒸気圧より低くなると、水分吸着材は水分を吸着できなくなり、これ以降は気体吸着材のみにより水蒸気が吸着される。
【００３７】
一方、初期の水蒸気圧が、水分吸着材の平衡水蒸気圧より低い場合、水分吸着材は水分を吸着できず、気体吸着材のみが水蒸気を吸収する。
【００３８】
以上の様に、水分吸着材を併用して気体吸着材の水蒸気による劣化を抑制することは困難である。
【００３９】
そこで、気体吸着材を空気に対しては高透過性であり、水蒸気に対しては難透過性である水分難透過空気透過フィルムで被った気体吸着デバイスが有効になる。
【００４０】
気体吸着デバイスと水分吸着材を、空気と水蒸気が混在する閉空間内に設置すると、湿り空気に含まれる水分は、気体吸着材を被う水分難透過空気透過フィルムの透過が困難であるため、その水蒸気の大部分は水分吸着材に吸着され、閉空間内の蒸気圧は水分吸着材の平衡蒸気圧になる。
【００４１】
その後、水分難透過空気透過フィルムを通して内部に侵入する水蒸気量は、水分難透過空気透過フィルム内外の水蒸気圧差に比例するが、気体吸着材に到達する水蒸気量は少なく、水蒸気による気体吸着材の劣化は抑えられ、優れた空気吸着量を有する気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００４２】
第６の発明は、第５の発明において、バリア容器に貫通孔を形成した後に真空断熱材の外被材内に設置する気体吸着デバイスの使用方法である。
【００４３】
気体吸着デバイスのバリア容器の貫通孔は真空断熱材に適用する前に外部空間で形成する方がより簡単で確実である。この結果、真窄断熱材に設置する気体吸着デバイスのバリア容器に確実に貫通孔を形成できる。
【００４４】
従って、貫通不良を低減し適用した真空断熱材の歩留まりを向上させる気体吸着デバイスを得る事ができる。
【００４５】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の気体吸着デバイスの概略図である。
【００４７】
図１において、気体吸着デバイス１は、気体吸着材２を、バリア容器３で被ったものに突起物４を隣接させ、ポリエチレンフィルムを二枚重ね合わせて３方シールしてなる水分難透過空気透過フィルム５で被ってなるものである。
【００４８】
以上のように構成された気体吸着デバイス１について、真空機器に適用するまでの保存時における動作、作用と真空機器に適用後の動作、作用を説明する。
【００４９】
先ず、大気中に気体吸着デバイス１が保存されている時は、バリア容器３により気体吸着材２には空気や水蒸気が到達せず、気体吸着材２の劣化が抑制される。
【００５０】
次に、気体吸着デバイス１を真空機器に設置後、水分の吸着を抑制し、空気を吸着する動作、作用を示す。
【００５１】
真空機器内部は気体吸着デバイス１を設置後に減圧され、空気の侵入を防ぐ部材により封止される。
【００５２】
ここで、空気の侵入を防ぐ部材は、連続性を保ったまま変形することができるものであり、一例としてアルミニウム箔をラミネートしたプラスチックフィルムがある。
【００５３】
気体吸着デバイス１が空気を吸着するためにバリア容器３に貫通孔を形成する必要があるが、以下に一例を説明する。
【００５４】
外部からの空気の侵入を防ぐ部材として、アルミニウム箔をラミネートしたプラスチックフィルムを用いた真空機器を、大気中に取り出すと、プラスチックフィルムに大気圧が加わり、内部と外部の圧力差によりもたらされる力が加わり、外部からの空気の侵入を防ぐ部材は内部方向へ変形する（以下、真空機器の変形と記述）。真空機器の変形により、突起物４がバリア容器３に押し付けられ、バリア容器３に貫通孔が形成される。この貫通孔を空気が通過して気体吸着材２へ空気が到達することができる。
【００５５】
以下、気体吸着デバイス１が空気を吸着する動作、作用を示す。
【００５６】
先ず、水分難透過空気透過フィルムは３方向のみシールされているため、一方が開口部になっている。ここで、単位時間当たりに開口部から気体吸着材２へ到達する気体の量は開口部の面積に比例するが、次に示す機構により、この量は極めて僅かであり、考慮する必要が無い。
【００５７】
気体吸着デバイス１の水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムには、真空機器の変形により、互いに密着する力が働く。従って、水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムのシールが施されていない部分からの気体の侵入は僅かになり、気体吸着材２へ到達する気体は、水分難透過空気透過フィルム５を透過して侵入する気体が支配的になる。
【００５８】
更に、真空機器の外部から加熱して、水分難透過空気透過フィルム５をポリエチレンフィルムの溶着温度以上にして開口部を溶着することにより、水分難透過空気透過フィルム５をなすポリエチレンフィルムの開口部からの気体の侵入をさらに低減することも可能である。
【００５９】
水分難透過空気透過フィルムとは、単位面積当たり、単位時間当たりの水蒸気透過量が小さく、空気透過量が大きいフィルムを指し、ポリエチレンや、ポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルムがこれに相当するが、これに限定するものではない。
【００６０】
空気透過度は１０００ｃｃ／ｍ2・ｄこｙ・ａｔｍ以上、望ましくは３０００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以上、さらに望ましくは１００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以上をを満たすものである。
【００６１】
水蒸気透過度は、２０ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下、望ましくは１０ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下、さらに望ましくは５ｇ／ｍ2・ｄａｙ以下の満たすものである。
【００６２】
例えば、気体吸着デバイス１に適用する水分難透過空気透過フィルム５の面積が１００ｃｍ2の場合、水蒸気透過度が３ｇ／ｍ2・ｄａｙ、酸素透過度が３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍのフィルムを用いると、面積あたりの水蒸気透過度は０．０３ｇ／ｍ２・ｄａｙとなる。すなわち、気体吸着デバイス１に到達する面積あたりの水蒸気透過量は１日当たり約３７ｃｃとなる。
【００６３】
ここで、上記フィルムの酸素透過度は３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍであるため、気体吸着デバイス１に適用する面積あたりの一日あたりの酸素透過量は３００ｃｃである。従って、水蒸気透過量に対する酸素透過量の割合は３００／３７である。これは、気体吸着材２の吸着容量を３３７とすると、この内３００が酸素吸着に用いられ、３７が水蒸気の吸着に用いられることを意味する。気体吸着材２の吸着量に対する１００分率で記述すると、８９％が酸素の吸着に用いられることになる。
【００６４】
このように、水蒸気透過度に対する酸素透過度が大きいフィルムを用いることにより、気体吸着材２の酸素吸着量に対する水蒸気の吸着量を低減することが可能である。
【００６５】
ここでは酸素透過度を例にあげたが、窒素等の気体の透過度も酸素透過度と大幅に異なることは無いと考える。
【００６６】
以上のように構成した気体吸着デバイス１は空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために少ない気体吸着材適用量で真空機器の性能を発揮することができる。
【００６７】
ここで、気体吸着材とは、気体中に含まれる酸素、窒素などの低分子量気体を吸着できるものであり、ＺＳＭ−５型ゼオライトを銅でイオン交換したＣｕＺＳＭ−５や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム、水酸化リチウム、酸化バジウム、水酸化バリウム等がある。
【００６８】
バリア容器とは、容器の気体透過度が、１０4［ｃｍ3／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ］以下となるものであり、より望ましくは１０3［ｃｍ3／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ］以下のものであり、特に材料を指定するものではないが、金属箔をラミネートしたプラスチックフィルムのように、気体吸着材を充填でき、真空機器内で容易に貫通孔を形成できるものであれば良い。
【００６９】
突起物とは、針のように小さい面積に応力を集中させて単位面積あたりに加わる応力を大きくして、接触している物質に対する貫通力が大きくなる形状をしたものである。例えば、プラスチックフィルムに容易に貫通孔を形成するため、面積が０．１ｍｍ2以下の部分に応力を集中させることができる構造であれば良い。材質は特に指定するものではないが、金属、繊維強化プラスチック等の構造材料を用いることができる。
【００７０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の気体吸着デバイスを用いた真空断熱材の概略図である。
【００７１】
図２において、真空断熱材６は、気体吸着デバイス１、水分吸着材７、ガラス繊維の集合体からなる芯材８を、金属箔を含むラミネートフィルムからなる外被材９で被ってなるものである。
【００７２】
以上のように構成された真空断熱材６についてその動作、作用を説明する。
【００７３】
真空断熱材６は、３方シールした外被材９内に気体吸着デバイス１、水分吸着材７、芯材８を設置後、減圧空間で外被材９を封止して作製する。外被材９を封止後は真空断熱材６を８０℃で２時間保持（以下、エージングと記述）することで、水分吸着材７が、外被材９内の水分吸着作用を加速する。
【００７４】
エージングにより水分吸着材７の水分吸着を加速するため、短時間で外被材９内の水分量は水分吸着材７の平衡蒸気圧まで低下する。水蒸気が水分難透過空気透過フィルム５を透過する速度は、水分難透過空気透過フィルム５内外の水蒸気圧の差に比例する。
【００７５】
水分吸着材７の平衡蒸気圧に到達後は、水分難透過空気透過フィルム５内外の水蒸気圧の差が小さくなるため、長期間経過しても気体吸着材２への水蒸気の到達は少なく、気体吸着材の劣化を抑えることができる。
【００７６】
一方、真空断熱材６内には外被材９のシール層を通して外部より空気が侵入するが、この空気侵入速度より、水分難透過空気透過フィルム５を通して気体吸着材２に吸着される速度が大きくなるように設計することにより、外被材９内部を低圧に保ち、優れた断熱性能を保持することができる。
【００７７】
水分難透過空気透過フィルムは、二軸延伸ポリエチレンフィルムに限らず、無延伸低密度ポリエテレンフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルムなどを用いることにより、水蒸気による劣化を抑えた気体吸着デバイス１を安価に得る事ができる。
【００７８】
真空断熱材とは、外被材内部を真空にすることにより、気体による熱伝導を低減した断熱材である。
【００７９】
外被材とは、真空の空間への単位時間当たりの気体の侵入量を少なくすることができるフィルムであり、金属箔をラミネートしたプラスチックフィルム、金属や無機物を蒸着したプラスチックフィルムのように優れた気体遮断性を有するものである。
【００８０】
芯材とは、減圧された外被材が大気圧による圧縮に対して厚さを保持させるためのスペーサであり、ガラス繊維集合体を板状に成形したもの、無機粉末を板状に形成したもの等を用いることができるが、これらに限定するものではなく、熱伝導率が小さく、ガス発生が少ないものであれば良い。
【００８１】
水分吸着材とは、気体中に含まれる水分を吸着できるものであり、活性炭、シリカゲル、酸化カルシウム等がある。
【００８２】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３に記載の気体吸着デバイスの概略図である。
【００８３】
図３において、気体吸着デバイス１は、気体吸着材２を、バリア容器３で被ったものに突起物４を隣接させ、ポリエチレンフィルムを二枚重ね合わせて３方シールしてなる水分難透過空気透過フィルム５で真空封止したものである
本実施の形態では、実施の形態１において、バリア容器３と突起物４が、真空機器へ適用以前に真空封止されたものであり、その他の構成、動作、作用は実施の形態１と同等である。
【００８４】
バリア容器３と突起物４が、水分難透過空気透過フィルム５で真空封止されるため、水分難透過空気透過フィルム５の外部から突起物４が、バリア容器３に押しつけられように応力を加えると、バリア容器３には貫通孔が生じる。水分難透過空気透過フィルム５は透明であるため、バリア容器３の貫通孔形成が外部から容易に確認できる。従って、バリア容器３の貫通孔形成が確実になされる。この結果、真空機器の性能を確実に発揮して歩留まりを向上させることができる。
【００８５】
気体吸着デバイス１を真空機器に設置後の動作、作用は、実施の形態１と同等である。
【００８６】
以下、気体吸着デバイスとその使用方法について実施例を示す。
【００８７】
（実施例１）
実施の形態１において、気体吸着材を銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライト１．２ｇ（１０Ｐａでの１ｇあたりの気体吸着量は５ｃｃであるため、デバイスの気体吸着量は６ｃｃ）、バリア容器を厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンフィルム、厚さ６μｍのアルミ箔、厚さ２５μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムをラミネートしたもの、水分難透過空気透過フィルムを無延伸ポリプロピレンフィルム（酸素透過度：３００００ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ、水蒸気透過度３．３ｇ／ｍ2・ｄａｙ、面積：０．０１ｍ2）として気体吸着デバイスを作製した。
【００８８】
気体吸着デバイスの作製は、アルゴンで満たしたグローブボックスの中でバリア容器内に気体吸着材を真空封止した後、３方シールされたポリエチレンフィルム内に入れることにより作製した。
【００８９】
真空断熱材の芯材はガラス繊維集合体を板状に成形して、３００ｍｍ×４００ｍｍの長方形とした。水分吸着材は酸化カルシウムを用いた。酸化カルシウムを用いることで、露点温度−４０℃が得られることを事前に確認した。
【００９０】
外被材は、厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンフィルム、厚さ６μｍのアルミ箔、厚さ２５μｍのナイロンフィルム、厚さ１５μｍのナイロンフィルムをラミネートしたものであり、３５０ｍｍ×５００ｍｍの長方形とした。
【００９１】
外被材に芯材と気体吸着デバイスを封止後、８０℃で２時間エージングを行い外被材内の水蒸気を水分吸着材に吸着させることで、外被材内の露点温度を−４０℃とした。エージング後に英弘精機株式会社製の熱伝導率測定装置オートλ０７３により熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００９２】
真空断熱材内には外被材を通して僅かであるが空気が侵入する。一般に、プラスチックの気体透過度は温度が上昇するに従って大きくなる。
【００９３】
この現象を利用して、短時間で長期間経過時に相当する気体を真空断熱材の外被材に侵入させて物性を評価することができる。
【００９４】
真空断熱材６を５００日間１００℃で保持することにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた後、熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００９５】
熱伝導率の上昇が無い、すなわち内圧増大が生じていないため、気体吸着デバイスと気体吸着材により、外部から侵入する空気と水蒸気を吸着していることが判る。さらに、真空断熱材を解体して気体吸着デバイスを取り出し、オートソープにより平衡圧１０Ｐａでの窒素の吸着量を測定した。この結果、０．８ｃｃであった。
【００９６】
従って、解体までに気体吸着材は吸着容量の内５．２ｃｃ分を消費したことになる。一方、外被材内への空気の侵入量は４．７ｃｃであることから、水蒸気により低下した気体吸着材の吸着量は０．５ｃｃ、であり、空気を吸着した量の約１２％に抑えられたことが判る。
【００９７】
以上のように、本発明の気体吸着デバイスによると、空気の吸着容量の低下が抑制され、空気に対して十分な気体吸着容量を確保することができる。これにより、吸着対象気体に対して必要量の気体を吸着するために気体吸着材適計量を少なくすることができる。
【００９８】
（比較例１）
気体吸着デバイスとして、気体吸着材を水分吸着材で被った構造の特許文献１にかかる吸着材を真空断熱材に適用した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【００９９】
外被材を封止後、８０℃で２時間エージングを行い外被材内の水蒸気を水分吸着材に吸着させることで、露点温度を−４０℃とした。
【０１００】
実施例１と同じく真空断熱材を作製してエージング後の熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１０１】
この後、１００℃でエージングすることにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた。この後、熱伝導率を測定すると０．０２５０Ｗ／ｍＫであった。さらに、真空断熱材を解体して内部の気体の量を測定した。この結果、３．９ｃｃであった。これにより、真空断熱材内で０．８ｃｃの空気を吸着したことが判る。
【０１０２】
一方、真空断熱材への適用以前の１０Ｐａでの気体吸着量を測定した結果、２．０ｃｃであった。
【０１０３】
この結果、真空断熱材へ適用後に水蒸気により低下した気体吸着材の吸着量は１．２ｃｃであり、空気吸着材が有する空気吸着量で、空気の吸着に用いられた量は４０％であり、水分によって劣化した量の６０％より小さく、水分による空気吸着量の低減が大きいことが判る。
【０１０４】
（比較例２）
気体吸着材を銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライト（１０Ｐａでの気体吸着量は５ｃｃ）として水分難透過空気透過フィルムを用いず、グローブボックス中でバリア容器で気体吸着材を被い、取り出した後、真空断熱材に適用した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【０１０５】
ここで、バリア容器には突起物を隣接させ、真空断熱材に適用した際に加わる大気圧で貫通孔が形成するようにしておいた。
【０１０６】
実施例１と同じく真空断熱材を作製してエージング後の熱伝導率を測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１０７】
この後、１００℃でエージングすることにより、３０年経過相当の空気（４．７ｃｃ）と水蒸気を外被材内に侵入させた。この後、熱伝導率を測定すると０．０２９０Ｗ／ｍＫであった。この結果、気体吸着デバイスは侵入してくる空気を吸着できないことが判る。この要因は次のように考えられる。
【０１０８】
真空断熱材を作製した後、外被材内の水蒸気は、気体吸着材の平衡水蒸気圧まで低下する。気体吸着材の平衡水蒸気圧は水分吸着材の平衡水蒸気圧より低いため、水分吸着材は水分を吸着できない。外被材外部から侵入する水蒸気も同様に気体吸着材に吸着されるため、気体吸着材の吸着力は低減してしまう。この結果、外部より侵入した空気を吸着できず、内圧が上昇することにより真空断熱材の熱伝導率を維持することができなくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明にかかる気体吸着デバイスは、水蒸気を含む気体中で、気体を優先的に吸着することにより、真空断熱材等、水蒸気を含む空間の気体を吸着する用途に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 気体吸着デバイス
２ 気体吸着材
３ バリア容器
５ 水分難透過空気透過フィルム
６ 真空断熱材
７ 水分吸着材
８ 芯材
９ 外被材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたことを特徴とする気体吸着デバイス。
【請求項２】
水分難透過空気透過フィルムが、透明であることを特徴とする請求項１に記載の気体吸着デバイス。
【請求項３】
水分難透過空気透過フィルムが、ポリエチレンまたはポリプロピレンのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の気体吸着デバイス。
【請求項４】
水分難透過空気透過フィルムの吸着対象気体の気体透過度が、１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の気体吸着デバイス。
【請求項５】
外被材内に、請求項１から４のいずれか１項に記載の気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して前記外被材内を真空引きして真空断熱材を作製する気体吸着デバイスの使用方法。
【請求項６】
バリア容器に貫通孔を形成した後に真空断熱材の外被材内に設置する請求項５に記載の気体吸着デバイスの使用方法。
【請求項１】
気体吸着材と、前記気体吸着材を被うバリア容器と、前記バリア容器を被う水分難透過空気透過フィルムとを備えたことを特徴とする気体吸着デバイス。
【請求項２】
水分難透過空気透過フィルムが、透明であることを特徴とする請求項１に記載の気体吸着デバイス。
【請求項３】
水分難透過空気透過フィルムが、ポリエチレンまたはポリプロピレンのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の気体吸着デバイス。
【請求項４】
水分難透過空気透過フィルムの吸着対象気体の気体透過度が、１０ｃｃ／ｄａｙ・ａｔｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の気体吸着デバイス。
【請求項５】
外被材内に、請求項１から４のいずれか１項に記載の気体吸着デバイスと芯材と水分吸着材とを共に設置して前記外被材内を真空引きして真空断熱材を作製する気体吸着デバイスの使用方法。
【請求項６】
バリア容器に貫通孔を形成した後に真空断熱材の外被材内に設置する請求項５に記載の気体吸着デバイスの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−９２８２７（Ｐ２０１１−９２８２７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７３７６（Ｐ２００９−２４７３７６）
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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