CN101302081A - 真空绝缘玻璃构件以及其制造方法和装置 - Google Patents

真空绝缘玻璃构件以及其制造方法和装置 Download PDF

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Abstract

真空绝缘玻璃构件，具有一个第一玻璃盘(1)和一个第二玻璃盘(2)，所述第一玻璃盘和第二玻璃盘经由间隔器(4)相互支承并且在第一玻璃盘和第二玻璃盘之间围成一个薄的抽成真空的间隙(3)以及在其边缘上通过一个真空密封的边缘复合件封闭，其特征在于，边缘复合件由金属薄膜条(5)制成，其中第一金属薄膜条(5)与第一玻璃盘(1)的边缘真空密封地连接并且第二金属薄膜条(5)与第二玻璃盘(2)的边缘真空密封地连接，并且第一及第二金属薄膜条(5)的越过相应的玻璃盘(1，2)的边缘棱伸出的区域彼此焊接。

Description

真空绝缘玻璃构件以及其制造方法和装置
技术领域
本发明涉及一种真空绝缘玻璃构件，其中这个概念不仅仅理解成真空绝缘玻璃盘，而且也是其它的构件，其由真空绝缘玻璃与例如太阳能模块组合而成。本发明此外涉及用于制造这种真空绝缘玻璃构件的方法和装置。
背景技术
本发明涉及这样的结构，其中至少两个玻璃盘或其它的面状的玻璃体(具有或没有一个其它的面状体)在构成一个薄的抽成真空的空隙的情况下彼此连接。
真空绝缘玻璃是已知的。它与传统的绝缘玻璃的不同之处在于，玻璃盘间隙抽成真空，该玻璃盘间隙在通常的绝缘玻璃中填充稀有气体。玻璃盘间隙在真空绝缘玻璃中比在通常的绝缘玻璃中显著较薄，即仅仅大约0.7mm或更小，因为在真空绝缘玻璃中由于真空在各单个盘之间完全不存在对流。两个单个盘通过网目状分布在玻璃面上的支脚相互支承，从而外部的空气压力不能将单个盘挤压，并且各单个盘在边缘上通过真空密封的边缘复合件彼此连接。
根据已知的现有技术，真空绝缘玻璃盘如此制造，即在一个第一单个玻璃盘上以规定的网目布置安放间隔体并且通过粘结固定，并且而后在间隔体上放置第二单个玻璃盘。所放置的玻璃盘在其边缘区域内具有一个孔，该孔具有密封的即利用玻璃焊剂固定或粘结的抽吸支脚，在该抽吸支脚上可以连接真空泵的抽吸软管。两个玻璃盘而后沿着其边缘利用玻璃焊剂在大气环境下激光焊接。为此所放置的玻璃盘的尺寸比位于下方的玻璃盘小几个毫米，从而所放置的玻璃盘的边缘分别大致相对于位于下方的玻璃盘的边缘回缩。因此而后可以借助于从上方对准这个结构的激光束利用玻璃焊剂实现两个盘的激光焊接。
在两个盘激光焊接之后，玻璃盘间隙经由抽吸支脚抽成真空。抽真空持续大约2个小时或更长，而玻璃复合体保持在大约400℃至大约450℃的温度上。仅仅如此可以将存在于玻璃表面上的易挥发的物质，主要是水，由间隙移除并且制造高质量的真空。
在高温下持续较长时间的抽真空不仅意味着麻烦的真空绝缘玻璃制造工序，而且也导致对制造质量的显著损害。通常在用作窗户玻璃时位于内部的玻璃盘的面对玻璃盘间隙的表面蒸镀反射层，以便反射热辐射，因此改善了绝热功能。由于在抽真空时持续较长时间的高温，排除了具有低的辐射度的高品质层(软层)。这导致传统的双玻璃构造的真空玻璃仅仅到达这样的绝热值，如其也可以从通常的绝缘玻璃达到。
此外在抽真空时持续大约2个小时的大约450℃的高温导致单盘安全玻璃的热变性(Enttempern)，由此它进一步失去其安全玻璃特性。
由EP-0771313已知，真空绝缘玻璃盘的两个通过一个玻璃盘间隙分离的且借助于间隔体隔开保持的单个盘的激光焊接在一个真空腔内实现，从而紧接着的玻璃盘间隙的抽真空不再需要。然而在该文献中建议，将整个单个玻璃盘在其边缘焊接期间在一个真空腔内加热至其退火温度或稍稍高于退火温度，以便避免应力裂纹。因此也存在这样的问题，即不能使用有效的层来达到较低的辐射度并且导致单盘安全玻璃的热变性。
与两个单个盘在一个大气室内的边缘焊接以及紧接着的玻璃盘间隙的抽真空或者在一个真空室内发生无关，在根据现有技术的真空绝缘玻璃中始终出现这样的问题，即通过单盘的焊接产生的刚性的玻璃边缘复合件不能承受在运行中出现的负载。两个通过真空间隙彼此分离的单盘在应用中具有不同的温度，因为面对空隙的盘是热的并且面对外部空气的盘是凉的，其中使用减小热辐射的涂层仍然显著提高温差。由此在两个单盘之间产生的热量差导致巨大的机械应力。这意味着需要限制传统的真空绝缘玻璃至一个不是非常大的最大规格。这样的真空绝缘玻璃盘仅仅允许一定的最大的窗户大小。此外这种真空绝缘玻璃盘的长时间特性由于在应用中出现的机械负载不是可靠的。
发明内容
本发明的目的在于提供真空绝缘玻璃构件，其一方面达到比优质的双盘绝缘玻璃显著较好的绝热值，其另外一方面仅仅需要一个制造费用，该制造费用至少不显著高于优质的双盘绝缘玻璃的制造费用，并且与传统的真空绝缘玻璃相比，在应用中可以非常好地接受通过两个单盘的温度差异产生的机械负载，并且因此保证可靠的长时间寿命。
上述目的根据本发明通过在权利要求1中给出的真空绝缘玻璃构件实现。
本发明的有利的构造和改进是各从属权利要求的内容。
特别有利的用于制造本发明的真空绝缘玻璃构件的方法和与之合适的且有利的装置是方法及装置权利要求的内容。
在本发明的结构中两个单盘在其边缘上分别与一个金属薄膜条连接，并且两个单盘的金属薄膜条彼此焊接。由此在两个单盘之间建立真空密封的连接，其然而不是刚性的，而是允许两个单盘之间的相互的热运动。这基本上无应力地被彼此焊接的金属薄膜条接受。因为由此提供真空绝缘玻璃构件的真空密封的、非刚性的且在应用中即使在两个单盘的高的温度差时无机械应力地保持的边缘复合件，所以边缘复合件的长时间持续性可以认为是无问题的，而无需担心由于在长时间运行中在盘上的温度影响形成裂缝，其可能导致真空损失。
作为本发明的结构的重要的优点，不仅本发明的真空绝缘玻璃构件的之前所述的长时间持续性，而且也取消对相对较小的规格的限制，如在传统的真空绝缘玻璃构件的刚性的边缘复合件中由于两个单盘的玻璃焊接具有所述限制。
玻璃盘边缘与金属薄膜条的连接可以或者借助于玻璃焊剂通过熔焊，或者通过“冷”焊接借助于超声波焊接实现。在此超声波焊接是优选的，因为没有引起热负载。此外这个过程在超声波焊接时比在利用玻璃焊剂时的熔焊简单。
因此作为本发明的真空绝缘玻璃构件的重要的优点，在使用超声波焊接时没有实现玻璃盘的热应力和损害。如果其中一个玻璃盘由安全玻璃构成，那么在通过热作用没有发生热变性，并且安全玻璃结构保持未改变。此外可以使用高品质的低辐射涂层，其不会通过边缘复合件的制造损害并且因此实现真空绝缘玻璃构件的非常高的绝热值。
边缘复合件的制造在方法技术上是相对简单的。玻璃盘边缘与金属薄膜条的超声波焊接(或以及玻璃焊剂-熔焊)可以在大气条件下实现。与玻璃盘边缘连接的金属薄膜条的伸出玻璃盘边缘的区域的紧接着的焊接可以在一个真空腔内通过激光焊接实现，从而无需事后对盘间隙抽成真空。而后可以重新在真空腔外部，将金属薄膜条的焊接的伸出部弯曲到构件的其中一侧或另外一侧，并且制成边缘复合件。
金属薄膜条优选安装在玻璃盘的彼此面对的侧面上。在金属薄膜条在真空腔内焊接之前，有利地在其中一个金属薄膜条上在一个相对于待制造的焊缝在焊缝面对盘间隙的区域上安装一吸收剂材料，其用于吸收在盘间隙内的仍然存在的湿气分子。
附图说明
本发明的真空绝缘玻璃构件以及其制造方法和制造装置接下来参考附图详细阐述，其中：
图1本发明的真空绝缘玻璃构件的边缘区域的横向剖视图；
图2构件的两个单个玻璃盘(具有安装的金属薄膜条)在组装之前；
图3在金属薄膜条的突出的区域的焊接之后的组装的单玻璃盘；
图4本发明的构成为太阳能模块的真空绝缘玻璃构件的边缘区域的示意剖视图；
图5根据图1的结构的变换；
图6示意图表，其示出本发明的真空绝缘玻璃构件的制造方法流程；
图7方法在一个第一真空腔内的清洁步骤的示意图；
图8示意示出方法在第二真空腔内的激光焊接步骤。
具体实施方式
图1以剖视图示出真空绝缘玻璃盘形式的、具有制成的边缘复合件的真空绝缘玻璃构件的边缘区域。这个结构包括一个顶部盘1(外盘)和一个下部盘2(内盘)，它们通过一个盘间隙3彼此分离。在盘间隙3内存在一个真空。两个盘1和2通过间隔器4以设定的相对距离保持，间隔器以一个网目布置固定在下部盘2上，例如通过粘结，并且顶部盘1支承在间隔器4上。间隔器如图所示是较小的玻璃圆柱体，它们然而也可以构成为圆珠并且可以由金属制成。
顶部盘1和下部盘2可以分别具有4mm的厚度并且盘间隙可以具有优选在0.7mm至1mm范围内的厚度。
在两个盘1、2的每个的边缘上真空密封地安装金属薄膜条5。在此金属薄膜条5优选安装在两个盘1、2的相对的或面对盘间隙3的一侧上。
金属薄膜条5与相应的盘的连接或者通过借助于玻璃焊剂的焊接实现，然而优选通过超声波焊接实现。超声波焊接在相应的金属薄膜条5和玻璃表面之间中间放置薄的铝薄膜条6的情况下实现，其中铝密切地与玻璃表面以及也与由其它的金属、优选优质钢制成的金属薄膜条5连接。安装在两个盘上的金属薄膜条5的伸出玻璃盘边缘的区域被压缩并且优选通过激光焊接彼此焊接。在各金属薄膜条5之间的焊缝7向内，仍然还在盘间隙内，设置一个吸气材料8，其在金属薄膜条5焊接之前安装在下部的金属薄膜条5上。金属薄膜条5的焊接的伸出区域弯曲到下部盘2的边缘面上。吸气材料不需要设置在各盘之间，如图所示(在薄的盘空隙的情况下通常没有位置)，而是可以位于焊接的金属薄膜条的弯曲的区域内。
图2和图3的视图用于说明根据图1的真空绝缘玻璃构件的制成的边缘复合件的前期阶段。
图2示出两个仍然单个的盘，顶部盘1和下部盘2，它们具有分别焊接在边缘上的金属薄膜条5。此外在下部盘2上业已安放间隔器4。
图3示出顶部盘1和下部盘2的组合结构，它们具有分别在其上焊接的金属薄膜条5，其中金属薄膜条5的越过盘边缘伸出的区域通过焊缝7彼此焊接。通过金属薄膜条5的焊接的伸出区域弯曲到下部盘2的边缘面上而后形成制成的边缘复合件，如在图1中示出。
图4示出如在图1中示出的结构，其中然而下部盘2与一个附加模块(或者构成为这样的)组合，在此与一个光电模块10。在此光电模块10与下部盘2构成一个复合体。如果如在图4的实施例中，附加模块完全或者部分地由玻璃材料制成，那么金属薄膜条，如在图4中所示，同样如在根据图1的基础的实施方式中，安装在顶部盘1和下部盘2或与之连接的附加模块的面对盘间隙3的侧面上。相反如果附加模块不适合于真空密封地安装相关的金属薄膜条5，那么可以选择在图5示出的、接下来描述的结构。大多情况下，其中一个盘，在此为下部盘，自身通过一个整合的特别功能构成附加模块。
图5示出根据图1的结构的真空密封的边缘复合件的构造的变换。它与图1的实施方式的区别在于，金属薄膜条5不是安装在顶部盘1和下部盘2的相互面对的侧面上，而是安装在外侧面上。根据图5的这个实施方式是可能的并且在真空密封的边缘复合件的质量方面与根据图1的实施方式是等值的，但是它导致，制成的真空绝缘玻璃构件的两个外侧面不是直至边缘棱都是完全光滑的，而是由于在那儿安装的金属薄膜条5在边缘上具有一个较小的面凸起。这在有些应用情况下可能是干扰的，因此根据图5的第二实施方式不是非常优选的。
边缘薄膜条5的材料在所有的实施方式中优选是优质钢。
如由图1至图3可以看到，在单个盘1和2与固定其上的金属薄膜条5之间，在相应的单个盘外边缘和与玻璃盘表面的连接及焊接区域之间的外部的缝隙空间通过填充材料9密封。这具有两个功能。这确保了长时间真空密封性，通过填充材料保护金属薄膜条和玻璃之间的焊接防止外部的影响并且减小机械应力。并且填充材料保护盘边缘在焊接的金属薄膜条弯曲时防止强烈的机械应力。
图6以一个示意的图表示出一个用于制造上述的本发明的真空绝缘玻璃构件的优选方法的流程。
在一个第一方法步骤A中在大气条件下准备两个单玻璃盘。这包括将单盘与金属薄膜条连接以及将间隔器安装在下部盘上，以及必要时加设吸气材料。
第二方法步骤B是清洗两个单盘，特别是从盘表面上移除水分子。特别是盘的涂层粘住水分子，这非常难以移除。在现有技术中为此需要较长加热至高的温度，这然而是不期望的，因为高的、特别是较长作用的温度破坏用于降低辐射度的高品质的涂层(所谓的低E层)并且此外破坏玻璃结构，例如在安全玻璃时，如业已如上所述。这种清洁步骤在此在本发明的方法中没有温度影响地通过离子喷镀(利用离子雾扫射玻璃盘表面)，其中离子接受并运走湿气，或者通过等离子清洁，也称为等离子腐蚀。这种方法步骤在第一真空腔内在持续的抽吸的情况下实现，以便将由盘表面去除的湿气运走。在此非常重要的是，每个单盘的两侧都清除湿气，亦即未限定抽真空的盘间隙的一侧也要清除湿气。这因此需要的是，因为必须小心地避免湿气进入实现金属薄膜条的激光焊接的高真空腔内，因为否则损害高真空。
图7示意示出了根据步骤B的清洁步骤，在第一真空腔内通过从板的两侧的离子喷镀或真空腐蚀，其中离子喷镀或真空腐蚀分别线性地沿着板宽度实现，当在传输装置11上的玻璃盘穿过第一真空腔12时。
第三方法步骤C是金属薄膜条在一个第二真空腔13内的激光焊接，第二真空腔13示意地在图8中剖视示出。在此首先将下部盘2导入真空腔13内并且紧接着将上部盘导入并且放置。第二真空腔13在其上侧上沿着所有四个边缘区域具有每个都是线性的窗口14，其当然以需要的尺度通过对于真空腔13的顶壁的一体性所需要的、由支承材料构成的桥接中断。一个激光炮15在外部，即在真空腔13上方设置并且沿着窗口14可运动，以便将激光束穿过窗口4对准待焊接的金属薄膜条。盘结构在真空腔13内部在一个相应的滑座上在盘平面内可移动地设置，因为由于结构引起的窗口4的中断，除了激光炮的运动性之外，需要盘结构的一定的可移动性。
这个设置提供显著的优点。因为激光炮15在真空腔13外部设置并且沿着窗口14可移动，所以在真空腔内部不需要镜子和其它的光学元件或机构，从而真空腔可以以最小的体积实施。真空腔的必要的长度和宽度与最大的位于内部的待焊接的盘结构的尺寸相适配，并且真空腔的高度仅仍然通过盘结构的厚度和支承盘结构的滑座的必要的高度确定。由于激光炮15的可移动性，然而也在真空腔外部取消了否则需要的复杂的激光光学装置，特别是镜子机构，并且简化装置。
在最后的方法步骤D中在由第二真空腔13中取出具有激光焊接的金属薄膜的盘结构之后，实现最后的边缘区域的后续处理，即通过安装填充材料9、弯曲金属薄膜条的激光焊接的伸出的区域，并且需要时将保护盖板安装在制成的边缘复合件上。

Claims (11)

1.真空绝缘玻璃构件，具有一个第一玻璃盘(1)和一个第二玻璃盘(2)，所述第一玻璃盘和第二玻璃盘经由间隔器(4)相互支承并且在第一玻璃盘和第二玻璃盘之间围成一个薄的抽成真空的间隙(3)以及在它们的边缘上通过一个真空密封的边缘复合件封闭，其特征在于，边缘复合件由金属薄膜条(5)制成，其中第一金属薄膜条(5)与第一玻璃盘(1)的边缘真空密封地连接并且第二金属薄膜条(5)与第二玻璃盘(2)的边缘真空密封地连接，并且第一及第二金属薄膜条(5)的越过相应的玻璃盘(1，2)的边缘棱伸出的区域彼此焊接。
2.如权利要求1所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，金属薄膜条(5)与相应的玻璃盘(1，2)通过超声波焊接连接，其中在相应的金属薄膜条(5)和相应的玻璃盘(1，2)之间放置一个薄的铝薄膜条(6)，所述铝薄膜条通过超声波焊接一方面与玻璃表面真空密封地连接并且另外一方面与金属薄膜条(5)真空密封地连接。
3.如权利要求1所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，金属薄膜条(5)与相应的玻璃盘(1，2)通过焊接借助于玻璃焊剂相连接。
4.如权利要求1至3之一项所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，一吸收剂材料(8)安装在其中至少一个金属薄膜条(5)上，所述吸收剂材料在金属薄膜条焊接之后在焊缝(7)的面对两个玻璃盘(1，2)之间的抽成真空的间隙(3)的侧面上位于各金属薄膜条之间。
5.如权利要求1至4之一项所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，金属薄膜条(5)分别在两个玻璃盘(1，2)的彼此面对的侧面上将两个玻璃盘连接。
6.如权利要求1至5之一项所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，金属薄膜条(5)由优质钢制成。
7.如权利要求1至6之一项所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，在金属薄膜条(5)和相应的玻璃盘表面之间在金属薄膜条-玻璃表面-焊接区域那一边的与外部空气面对的缝隙空间借助于一填充材料(9)密封。
8.如权利要求1至7之一项所述的真空绝缘玻璃构件，其特征在于，第一或第二玻璃盘与一个附加的元件即一太阳能模块、一光电模块或一其它的元件组合或者构成为所述的附加的元件。
9.用于制造如权利要求1至8之一项所述的真空绝缘玻璃构件的方法，其中准备的玻璃盘(1，2)与安装在其上的金属薄膜条(5)装入一个真空腔内并且在真空腔内彼此重叠地放置，并且金属薄膜条在真空腔(13)内的焊接借助于一个在真空腔外部产生的且基本上沿着金属薄膜条运动的激光束实现，所述激光束通过线性延伸的窗口(4)射入真空腔(13)内。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，两个玻璃盘(1，2)在装入真空腔(13)内之前，在该真空腔中实现金属薄膜条(5)的焊接，在另外一个真空腔(12)内通过离子喷镀或等离子腐蚀清除两侧上的湿气。
11.用于实施如权利要求9所述的方法的装置，具有一个真空腔(13)，该真空腔具有沿着其边缘区域线性延伸的、供激光束穿过的窗口(4)；以及具有一个沿着窗口(4)可移动的激光炮(15)；以及具有一个在真空腔(13)内设置的滑座，用于限制地移动由彼此重叠的玻璃盘(1，2)构成的盘结构。
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