CN103994304B - 一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，包括容纳在第一金属盂中含有钡锂合金的吸气合金粉末、干燥剂粉末和金属氧化物粉末；第一金属盂的上端敞开，其内部空间中，底部铺一层平均粒度在2‑20微米的金属氧化物粉末，上端敞开的第二金属盂放在金属氧化物粉末层上，第二金属盂内放满平均粒度在100‑200微米的吸气合金粉末，一个网孔大小为10‑100微米金属防护网覆盖在第二金属盂的开口上，平均粒度在20‑100微米的干燥剂粉末覆盖在第二金属盂和金属氧化物粉末层上并压实于第一金属盂的内部空间中。本发明可以有效的阻止水分快速渗入到吸气合金中发生化学反应引起燃烧，甚至爆炸。

Description

一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置

技术领域

本发明涉及一种吸气剂装置，它可以用于真空绝热板中吸收板内的残余气体，维持板内良好的真空环境，以提高真空绝热板的绝热性能，延长使用寿命。

背景技术

真空绝热板(Vacuum Insulation Panel简称VIP)是近年来发展起来的一种新型高效绝热材料。它是由填充芯材、气体阻隔膜和吸气剂组成。通过提高板内真空度来抑制空气引起的热传递，使其导热系数可以达到0.002-0.004w/mK，为传统保温材料导热系数的1/10，厚度仅为传统保温材料的1/7-1/10，从而达到保温节能、节省空间的目的。已广泛应于冰箱、医用保温箱、冷藏集装箱等对保温要求较高的领域及新型节能建筑的外墙保温。

一般VIP的气体阻隔膜是铝塑复合膜，在长期的使用过程，气体会透过气体阻隔膜的缺陷位置渗透到VIP内部，这些气体包括氮气、氧气、二氧化碳、氢气和水蒸汽等。要消除这些气体，就要使用吸气剂。传统的吸气剂都需要在400℃以上激活或者蒸散才可以吸气。由于高温下气体阻隔膜会软化甚至熔化，形成破损而造成漏气。因此，VIP不能承受150℃以上的高温。

针对这个问题，在申请号为95193987.4的中国发明专利申请文件中提出了一种吸气剂方案，该吸气剂设备包括一顶部敞开并由优选为铝的不透气材料制成的容器；在容器的底部放置有第一层压片，在容器的上部放置有第二层压片以将第一层压片完全覆盖。第一层压片是由钡锂合金吸气剂制得，而第二层压片是由一种干燥剂材料的粉末制得，干燥剂材料的粉末还选择性含有一种贵金属氧化物和一种防止干燥剂挤压的材料粉末。

该吸气剂设备的不足之处是，吸气剂遇水后干燥剂会放出大量的热量，钡锂合金遇水后放出大量的热并燃烧，同时钡锂合金与水反应放出的氢气会在热量及合金燃烧的共同作用下燃烧并发生爆炸。这种情况下，极易引燃VIP的有机物填充芯材和与VIP直接接触的有机发泡材料，造成严重的安全事故。

在公开号为CN200986085Y的中国实用新型专利文件中，提出了一种真空绝热板用的吸气剂装置及添加到真空绝热板中的技术方案，该吸气剂装置包括容器和容器中的吸气剂，吸气剂有干燥剂、钡锂合金、氧化钴等物质的粉末混合而成；容器为薄片状、网格孔径小于吸气剂颗粒尺寸的宣纸包装袋。该吸气剂装置的吸气剂是未压制的粉末状混合物，该吸气剂装置除了具有使用安全性问题之外，它暴露空气短时间就极易吸附大量气体，其所吸附的气体在封装到VIP过程中很难抽除，而且在VIP封口后还有一个较长的放气过程，对VIP内部真空度有很大的负面影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，该吸气剂不需要热激活，打开包装即可吸气，在真空绝热板中能够维持真空绝热板良好的绝热性能、延长使用寿命。

本发明的技术方案是：一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，包括容纳在第一金属盂中含有钡锂合金的吸气合金粉末、干燥剂粉末和金属氧化物粉末；金属氧化物粉末为氧化钴粉末、氧化铜粉末、氧化铁粉末的任一种或至少两种的组合物；干燥剂粉末为氧化钙粉末、氧化镁粉末、氧化钡粉末、氧化锶粉末中的任一种或至少两种的组合物；第一金属盂的上端敞开，其内部空间中，底部铺一层平均粒度在2-20微米的金属氧化物粉末，上端敞开的第二金属盂放在金属氧化物粉末层上，第二金属盂内放满平均粒度在100-200微米的吸气合金粉末，一个网孔大小为10-100微米的金属防护网覆盖在第二金属盂的开口上，平均粒度为20-100微米的干燥剂粉末覆盖在第二金属盂和金属氧化物粉末层上并充满压实于第一金属盂的内部空间中。

含有钡锂合金的吸气合金材料是一种化学活性很强的碱性金属，它对活性气体(包括氮气)和水蒸汽具有很强的吸附性，快速与水反应会放出大量的热量和氢气，进而燃烧爆炸，具有很大的安全隐患。因此本发明的设计上遵循“先干燥，后吸气”的原则，将吸收氢气的金属氧化物粉末层设置在总包装物第一金属盂的内部空间底部，将含有钡锂合金的吸气合金粉末限制在上端敞开的第二金属盂中，同时在吸气合金粉末上覆盖金属防护网，该金属防护网的网孔大小为10-100微米，能够有效阻止穿透干燥剂粉末的液态水快速渗透与吸气合金接触，发生化学反应放出大量的热量和氢气；进而防止吸气合金燃烧引爆氢气。氢气在VIP中也是一种十分有害的气体，由于它的导热系数比其他气体高数倍，其存在于VIP中会使VIP的绝热性能严重恶化。因此，从提高VIP性能的角度出发，金属防护网能有效阻止水分与吸气合金发生化学反应放出氢气。另一方面，第二金属盂可以将氧化钴粉末、氧化铜粉末、氧化铁粉末的任一种或至少两种的组合物形成的金属氧化物粉末层与含有钡锂合金的吸气合金粉末隔离开，防止它们发生不应有的化学反应。由于氢气分子小，可以自由穿过干燥剂粉末，到达第一金属盂内的底部，所以金属氧化物粉末层设置在第一金属盂内的底部就可以充分吸收VIP中的残余氢气。金属氧化物粉末的平均粒度选择在2-20微米，太细的粉末不易制得，太粗的粉末活性较差，难与氢气在常温下发生化学反应。覆盖有金属网的含有钡锂合金的吸气合金位于干燥剂和金属氧化物的中间，可以有效的阻止水蒸气，确保水蒸气在到达吸气合金粉末之前被干燥剂粉末吸收。由于含有钡锂合金，吸气合金活性很强，太小的粉末易燃易爆，存在较大的安全隐患，太粗的粉末吸气效果较差；吸气合金粉末的平均粒度选择在100-200微米，可以兼顾安全性和吸气效果。干燥剂粉末从侧面和上面包围着第二金属盂并充满第一金属盂，整体压制于第一金属盂内。干燥剂粉末平均粒径太小和太粗均不利于压制成型，另外太粗的干燥剂粉末活性差，吸收能力弱。干燥剂粉末平均粒径选在20-100微米，兼顾了吸水能力与压制成型的工艺要求。

所述第一金属盂的上端口覆盖有网孔大小为100-150微米的金属网。用该金属网防止干燥剂粉末脱层及碎片的掉落。可以提高其在VIP中使用的安全性和可靠性。

本发明用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，同时具有性能优良，安全可靠双重优势。用于真空绝热板中能够维持它良好的绝热性能，延长使用寿命。该吸气剂与现有的吸气剂相比，即具有良好的吸气能力，同时又安全可靠。

附图说明

图1是本发明用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置的实施结构剖面示意图之一；

图2是本发明中的金属保护网的示意图；

图3是本发明在第一金属盂的装入口覆盖金属网的示意图；

图4是使用了本发明常温复合吸气剂装置的真空绝热板的剖面结构示意图。

图5为放置有本发明带金属防护网的吸气剂装置的真空绝热板、放置有不带金属防护网的类似吸气剂装置的真空绝热板和未放置吸气剂的真空绝热板的导热系数随时间的变化曲线。

具体实施方式

本发明用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，如图1所示，包括干燥剂粉末1、吸气合金粉末2、金属氧化物粉末3、第一金属盂4、金属防护网5和第二金属盂6。

第一金属盂4的上端敞开，其内部空间中，底部铺一层平均粒度在2-20微米的金属氧化物粉末4，上端敞开的第二金属盂6放在金属氧化物粉末层上，第二金属盂6内放满粒度在100-200微米的吸气合金粉末2，网孔大小为10-100微米的金属防护网5覆盖在第二金属盂6的开口上，平均粒度在10-100微米的干燥剂1从侧面和上面包围着第二金属盂6并压实于第一金属盂4的内部空间中。

吸气合金粉末2中含有钡锂合金。金属氧化物粉末3为氧化钴粉末、氧化铜粉末、氧化铁粉末的任一种或至少两种的组合物，优选的是含有氧化铜粉末。干燥剂粉末1为氧化钙粉末、氧化镁粉末、氧化钡粉末、氧化锶粉末中的任一种或至少两种的组合物，优选的是含有氧化钙粉末。

第一金属盂4的上端开口，金属氧化物粉末4、第二金属盂6、吸气合金粉末2、金属防护网5和干燥剂粉末1可以方便地一次通过上端口放置在第一金属盂4中。当然，也可以在第一金属盂4的其他位置设置开口来装入金属氧化物粉末4、第二金属盂6、吸气合金粉末2、金属防护网5和干燥剂粉末1。

第二金属盂6的上端开口，吸气合金粉末2可以方便地通过该上端口放入第二金属盂6中；金属保护网5安装在第二金属盂6上端的开口处并将吸气合金粉末2完全覆盖。干燥剂粉末1填充于第一金属盂4中，完全覆盖第二金属盂6和金属氧化物粉末3。

当然，也可以于第二金属盂6的侧部设置开口，例如，分别位于第二金属盂6的左右两侧设置两个开口，来从两侧装填吸气合金粉末2。

在本发明中，金属保护网5的材质为是铁及铁合金，铜及铜合金，铝及铝合金中的任一种。优选的，金属保护网5由不锈钢编织网制得。

如图2所示，为了使金属保护网5更加紧密的覆盖在吸气合金粉末2上，本发明中的金属保护网5外周具有凸缘51，金属保护网5通过凸缘51扣合在第二金属盂6上端的开口处61。当然，金属保护网5和第二金属盂6密封的结构还可以有多种方式，只要能满足金属保护网5完全覆盖吸气合金粉末2的要求即可。例如，可以在金属保护网5边缘上设置凹槽，在第二金属盂6上的开口端设置凸块，通过凹槽和凸块的凹凸配合，使金属保护网5和第二金属盂6扣合。

如图3所示，可以在第一金属盂4的上端口覆盖有网孔大小为100-150微米的金属网7。金属网7可以防止压制的干燥剂粉末1脱层及碎片的掉落，但是这也增加了工艺的复杂性及制作成本，可根据实际需要选择是否安装金属网7。金属网7可以采用与金属保护网5相同的金属材质，也可以是由其他金属制得，只要能防止粉末掉落即可。

本发明中第一金属盂4与第二金属盂6的材质是铁、铁合金、铜、铜合金、铝、铝合金中的任一种。优选的，第一金属盂4与第二金属盂6是由不锈钢冲压制得。

制作如图3所示的常温复合吸气剂装置，整个制作过程均在氩气保护的手套箱中完成，制作步骤为：

(a)把直径为15mm，高度为3mm，壁厚为0.3mm的第二金属盂6（在本实施例中，采用不锈钢壳）装入第一模具中，填充重量为0.5g的BaLi₄吸气合金粉末2，并压制成型。把直径为15.5mm的网孔大小为14微米的金属保护网5（在本实施例中，采用不锈钢编织网）固定安装到装有BaLi₄吸气合金粉末2的第二金属盂6上端的开口处。

(b)把直径为28mm，高度为7mm，壁厚为0.3mm的第一金属盂4（在本实施例中，采用不锈钢壳)装入第二模具中，填充重量为1.0g CuO粉末，在第一金属盂4内的底部形成金属氧化物粉末层。然后把步骤制(a)作好的装有BaLi₄吸气合金粉末2放入第二金属盂6上有金属保护网5的一端朝上放在CuO粉末层上。

(c)将4g CaO干燥剂粉末1填充到模具中的第一金属盂4内，使CaO干燥剂粉末1完全覆盖第二金属盂和CuO粉末层，然后整体压制成型，注意使CaO干燥剂粉末1完全充满第一金属盂4。

(d)在第一金属盂4上端开口处安装金属网7。制得一种本发明所述的常温复合吸气剂装置。

对上述常温复合吸气剂装置进行吸气性能测试，利用本人之前申请的专利ZL201120107175.4所述的常温吸气剂吸气性能检测方法，分别就上述常温复合吸气剂装置对氧气、氮气、氢气、二氧化碳和水的吸气性能进行了测试，测试结果如表1所述。

表1吸气剂定容法吸附性能(测试条件：T=25℃，RH<50%)

将本发明的常温复合吸气剂装置应用于真空绝热板中。如图4所示，把本发明的常温复合吸气剂装置10用于真空绝热板中，该真空绝热板选用镀铝薄膜为阻隔层20，玻璃纤维短切丝为芯材30，本发明的常温复合吸气剂装置10封装在真空绝热板的芯材30中。将以上的真空绝热板与未放有吸气剂的真空绝热板及放有未安装金属保护网5的吸气剂的真空绝热板进行了导热系数跟踪对比测试。测试中，各个真空绝热板存储于相对湿度为50%，温度为24℃的环境中，测试条件为温度25℃，相对湿度小于50%。测试结果如图5所示。从图5中可以看出，加有本发明有金属保护网5的常温复合吸气剂装置与相同结构但未加有金属保护网5的吸气剂装置相比，两者在真空绝热板中的使用效果十分接近，这样就说明金属防护网不会影响吸气剂装置的使用效果，金属防护网5弥补了含有钡锂合金的吸气剂的安全性差问题，同时又保证了良好的吸气能力。两种有吸气剂装置的真空绝热板的导热系数随时间上升的趋势明显低于未放吸气剂的真空绝热板的导热系数随时间上升的趋势。说明了本发明的常温复合吸气剂装置对于维持玻璃纤维芯材的真空绝热板的低的导热系数，延长使用寿命是十分必要的。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种用于真空绝热板的常温复合吸气剂装置，包括容纳在第一金属盂中含有钡锂合金的吸气合金粉末、干燥剂粉末和金属氧化物粉末；金属氧化物粉末为氧化钴粉末、氧化铜粉末、氧化铁粉末的任一种或至少两种的组合物；干燥剂粉末为氧化钙粉末、氧化镁粉末、氧化钡粉末、氧化锶粉末中的任一种或至少两种的组合物；其特征在于：第一金属盂的上端敞开，其内部空间中，底部铺一层平均粒度在2-20微米的金属氧化物粉末，上端敞开的第二金属盂放在金属氧化物粉末层上，第二金属盂内放满平均粒度在100-200微米的吸气合金粉末，一个网孔大小为10-100微米的金属防护网覆盖在第二金属盂的开口上，平均粒度为20-100微米的干燥剂粉末覆盖在第二金属盂和金属氧化物粉末层上并压实于第一金属盂的内部空间中；所述第一金属盂的上端口覆盖有网孔大小为100-150微米的金属网。