CN104797772A - 超级绝热多层玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开控制构成多层玻璃的玻璃结构来使传热系数小于0.7W/m2K的隔热性能明显优秀的超级绝热多层玻璃。本发明一实施例的超级绝热多层玻璃的特征在于，包括：第一玻璃及第二玻璃，以相向的方式隔开；多个第三玻璃，以相隔开的方式形成于上述第一玻璃和上述第二玻璃之间，上述多个第三玻璃的厚度为1～3mm；四个以上的填充气体层，以11～13mm的厚度形成于上述第一玻璃、第二玻璃及第三玻璃中的相邻的两个玻璃之间，上述填充气体层分别包含氩(Ar)气；以及密封材料，用于密封上述填充气体层的侧面。

Description

超级绝热多层玻璃
技术领域
本发明涉及多层玻璃，更详细地涉及隔热性能明显优秀的超级绝热多层玻璃。
背景技术
形成建筑物的材料中，玻璃为唯一具有透光率的重要的材料，但由于需要确保透光率而与墙体相比，厚度非常薄、密度高，因此与墙体相比，隔热性能弱10倍以上。
以往的由一张形成的玻璃的传热系数大于5W/m2K，因此制冷及制热过程中的热流出到外部，导致难以实现节能。
最近，弥补单一玻璃的隔热性能的多层玻璃(pair-glass)随之出现。当前，就被普及而使用的由2张玻璃构成的多层玻璃而言，当使用未适用隔热涂敷的玻璃时，玻璃的传热系数为2.7W/m2K左右，将适用低辐射涂敷的玻璃和氩(Ar)等的非活性气体适用为填充气体的情况下，能够确保传热系数为1.3W/m2K水平的隔热性能。
但是，与一般具有0.4～0.5W/m2K水平的传热系数的墙体相比，多层玻璃依然具有高的传热系数。最近，节能型住宅的情况下，需要小于0.7W/m2K的玻璃的传热系数，并以包括窗框的窗户的传热系数为基准，需要小于1.0W/m2K的隔热性能。
为了满足这种技术需要，开发了能够实现小于0.7W/m2K的隔热性能的真空玻璃。但是，由于真空玻璃在2张玻璃之间维持10-3torr左右的真空，导致对玻璃表面额外施加7000kg/m2的负载，从而对由外部冲击或热累积引起的温度不均匀等外部压力非常敏感，使得破碎可能性大。
并且，最近流通的由3张玻璃构成的三多层玻璃的传热系数大于1.0W/m2K，隔热性能未达到目的值，并且，由于玻璃由3张构成，使得透光率变低，反射率变高，进而使热增益系数变低，并难以确保舒适的视野。
相关现有文献有日本公开特许公报特开平10-120447号(1998年05月12日公开)，上述现有文献中公开了多张平板玻璃遍及其全周围来利用隔片，并以具有间隔的状态配置于厚度方向，且在至少设置于最外侧的平板玻璃中的一边的平板玻璃的外侧面形成有低辐射率涂敷的多层玻璃。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供控制构成多层玻璃的玻璃结构来使隔热性能明显优秀的超级绝热多层玻璃。
技术方案
用于达成如上所述的一个目的的本发明一实施例的超级绝热多层玻璃的特征在于，包括：第一玻璃及第二玻璃，以相向的方式隔开；多个第三玻璃，以相隔开的方式形成于上述第一玻璃和上述第二玻璃之间，上述多个第三玻璃的厚度为1～3mm；四个以上的填充气体层，以11～13mm的厚度形成于上述第一玻璃、第二玻璃及第三玻璃中的相邻的两个玻璃之间，上述填充气体层分别包含氩(Ar)气；以及密封材料，用于密封上述填充气体层的侧面。
并且，用于达成如上所述的目的的本发明另一实施例的超级绝热多层玻璃的特征在于，包括：第一玻璃及第二玻璃，以相向的方式隔开；多个第三玻璃，以相隔开的方式形成于上述第一玻璃和上述第二玻璃之间，上述多个第三玻璃的厚度为1～3mm；四个以上的填充气体层，以6～10mm的厚度形成于上述第一玻璃、第二玻璃及第三玻璃中的相邻的两个玻璃之间，上述填充气体层分别包含氪(Kr)气；以及密封材料，用于密封上述填充气体层的侧面。
有益效果
本发明的超级绝热多层玻璃具有以下效果。
第一，将四个以上的填充气体层以最佳的厚度形成于内面玻璃和外面玻璃之间，从而能够实现小于0.7W/m2K的传热系数，使得隔热性非常优秀。
第二，由厚度为1～3mm的薄板玻璃构成用于划分填充气体层的介质，从而能够将多层玻璃整体负载增加的现象最小化，并将基于太阳光的部分入射/吸收的热波现象最小化。
第三，在填充气体层划分用薄板玻璃的表面适用防反射涂敷层，来将由多个玻璃构成而产生的可见光透射率减少的现象最小化，确保舒适的视野，并使热增益系数增加，从而能够在冬季由太阳光线流入室内而实现自然制热的效果最大化。
第四，通过变更窗框的结构来增加填充气体层数的情况下，能够额外增进隔热性能，从而在解决零能源住宅的窗户方面有意义。
第五，与真空玻璃不同，不存在真空压，因而在结构方面稳定，且破碎的危险与一般多层玻璃类似。
附图说明
图1为图示本发明一实施例的超级绝热多层玻璃的剖视图。
具体实施方式
参照附图详细说明的以下实施例，能够使本发明的优点及特征以及达成这些优点及特征的方法更加明确。但是，本发明不限定于以下所公开的实施例，能够以相互不同的各种方式实现，本实施例仅用于使本发明的公开内容更加完整，能够使本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地理解发明的范畴，本发明仅根据发明要求保护范围来定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。
以下，参照附图详细说明本发明优选实施例的隔热性能明显优秀的超级绝热多层玻璃。
图1为图示本发明一实施例的超级绝热多层玻璃的剖视图。
参照图1，图示的超级绝热多层玻璃100包括第一玻璃110、第二玻璃120、3个第三玻璃PG1、PG2、PG3、4个填充气体层G1、G2、G3、G4及密封材料130。
进而，本发明还包括低辐射涂敷层140及多个防反射涂敷层150。
首先，观察整体形状可知，一对第一玻璃110和第二玻璃120以相隔开的方式相向。3个第三玻璃PG1、PG2、PG3以相隔开的方式形成于第一玻璃110和第二玻璃120之间。4个填充气体层G1、G2、G3、G4形成于第一玻璃110、第二玻璃120及第三玻璃PG1、PG2、PG3中的相邻的两个玻璃之间。并且，密封材料130形成于第一玻璃110、第二玻璃120及第三玻璃PG1、PG2、PG3的边缘，用于密封4个填充气体层G1、G2、G3、G4的侧面。
此时，第一玻璃110可以为形成建筑物外壁的外面玻璃。作为第一玻璃110，只要是用于建筑的玻璃，就能够不受限制地使用，但可使用价格相对低廉的通常的碱石灰(soda-lime)玻璃。优选地，用于本发明的第一玻璃110的厚度可以为3～12mm，更优选地，上述第一玻璃110的厚度可以为5～8mm。
与此相反，第二玻璃120可以为设置于建筑物内侧的内面玻璃。第二玻璃120与第一玻璃110相同，只要是用于建筑的玻璃，就能够不受限制地使用，可使用通常的碱石灰玻璃。优选地，用于本发明的第二玻璃120的厚度可以为3～12mm，更优选地，上述第二玻璃120的厚度可以为5～8mm。
上述内容中，第一玻璃110及第二玻璃120的厚度小于3mm的情况下，因风压而有可能存在破碎危险，第一玻璃110及第二玻璃120的厚度大于12mm的情况下，最终，多层玻璃的负载和费用有可能增加。
第三玻璃PG1、PG2、PG3介于第一玻璃110和第二玻璃120之间，并执行用于划分第一玻璃110和第二玻璃120之间的空间的隔断(partition)功能。因此，第三玻璃PG1、PG2、PG3也被称为隔断玻璃。
这种第三玻璃PG1、PG2、PG3的厚度优选为1～3mm。在此情况下，能够将多层玻璃100整体负载增加的现象最小化，并将基于太阳光的部分入射或吸收的热波现象最小化。
但是，第三玻璃PG1、PG2、PG3的厚度小于1mm的情况下，有可能难以划分用于形成多个填充气体层G1、G2、G3、G4的空间，相反，第三玻璃PG1、PG2、PG3的厚度大于3mm的情况下，最终，多层玻璃的负载有可能增加，且通过玻璃透射的太阳光能量有可能减少。太阳光能量的减少降低在冬季由太阳光照射而产生的制热效果，并成为增加建筑物制热费用的因素。
作为第三玻璃PG1、PG2、PG3，只要是用于建筑的玻璃，就能够不受限制地使用，可使用通常的碱石灰玻璃。
另一方面，在第三玻璃PG1、PG2、PG3的一侧和另一侧的表面，即，第三玻璃PG1、PG2、PG3中的一个和与上述第三玻璃PG1、PG2、PG3相邻的填充气体层G1、G2、G3、G4中的一个之间还可形成有用于防止可见光及近红外等的反射的防反射涂敷层(Anti-reflection coatinglayer)150。
防反射涂敷层150区分为折射率低于玻璃的低折射材料的单一涂敷适用和高折射、低折射材料的多层涂敷适用，一般为了实现低成本，适用利用低折射材料的单一层结构的低反射膜。低折射材料适用多孔性二氧化硅膜(SiO2)、氟化镁(MgF2)等材料，但并不特别限定于此。
这种防反射涂敷层150将第三玻璃PG1、PG2、PG3中的一个和与上述第三玻璃PG1、PG2、PG3相邻的填充气体层G1、G2、G3、G4中一个的界面上的基于光反射的太阳光照射量减少的现象最小化。
适用防反射涂敷层150的超级绝热多层玻璃100中，界面反射率从现有的4％减少到1％左右，从而有利于确保太阳光照射量，也显著减少基于第三玻璃PG1、PG2、PG3的反射图像重叠的效果，有利于使用人员确保舒适的视野。并且，使热增益系数增加来在冬季由太阳光线流入室内而实现自然制热的效果最大化。
作为适用防反射涂敷层150的第三玻璃PG1、PG2、PG3，可适用适用为太阳能电池板的最外围盖玻璃的商用产品。
防反射涂敷层150可利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)、液态涂敷(Wet coating)等方法来形成，但并不特别局限于此，可根据公知的方法来执行。
填充气体层G1、G2、G3、G4在分别填充于由第三玻璃PG1、PG2、PG3划分的空间后被密封而成。
如上所述，填充气体层G1、G2、G3、G4形成于第一玻璃110、第二玻璃120及第三玻璃PG1、PG2、PG3中的相邻的两个玻璃之间。
这种填充气体层G1、G2、G3、G4作用为阻止传热的墙壁。热以辐射、对流、传导的三种方法传递，辐射基于电磁波进行，因此只通过平板玻璃的多层结构来进行阻隔的效果是微不足道的。但是，由于填充气体层G1、G2、G3、G4不受基于外部空气的对流影响，因而以有意义的水平减少基于对流的热传递，且由于空气的热导率也低，因此也减少基于传导的热传递。
此时，填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度及构成气体的种类对热传递性能产生影响。当填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度减少时，密封空气对流的空间减少，从而减少对流热传递，但随着传导的厚度减少，传导热传递增加，从而在恒定厚度以下，隔热性能降低。
相反，当填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度增加时，传导热传递降低，但对流热传递增加，使得隔热性能也降低。因此，存在实现最佳隔热性能的最佳厚度。
作为形成填充气体层G1、G2、G3、G4的气体，可使用空气(air)、氩(Ar)、氪(Kr)，隔热性能按分子量高的顺序，即，氪(Kr)＞氩(Ar)＞空气(air)的顺序优秀。这是因为，一般，气体粒子的重量增加且粘度越高，粒子移动就越需要更多的能量，因而减少对流现象。
由此，为了提高隔热性能，填充气体层G1、G2、G3、G4可包含50％以上的作为主气体的氩(Ar)气，优选地，可包含85～95％的氩(Ar)气和5～15％的空气，更优选地，可包含90％的氩(Ar)气和10％的空气。在此情况下，填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度可以为11～13mm，上述厚度为以能够最小实现传热系数(Ug)的方式最佳化于氩(Ar)气的厚度，优选地，上述厚度可以为12mm。
与此不同，填充气体层G1、G2、G3、G4可包含50％以上的作为主气体的氪(Kr)气，优选地，可包含85～95％的氪(Kr)气和5～15％的空气，更优选地，可包含90％的氪(Kr)气和10％的空气。在此情况下，填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度可以为6～10mm，上述厚度为以能够最小实现传热系数(Ug)的方式最佳化于氩(Kr)气的厚度，优选地，上述厚度可以为8mm。
当填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度超过分别最佳化于上述的氩(Ar)气或氪(Kr)气的厚度时，如上所述，多层玻璃100的隔热性能有可能降低。
并且，氩气或氪气的含量小于85％的情况下，由于对流现象的增加，隔热性能有可能降低，相反，氩气或氪气的含量大于95％的情况下，隔热性能不再增加，只增加费用。
本发明的超级绝热多层玻璃100的目的传热系数(Ug)小于0.7W/m2K。这是参照现有的隔热玻璃中隔热性能最优秀的真空多层玻璃的传热系数(Ug)为0.7～0.9W/m2K水平的情况而设定的。
为了满足上述条件，优选地，将填充气体层G1、G2、G3、G4的构成气体及厚度、第三玻璃PG1、PG2、PG3的厚度维持在上述范围内，且如图1所示，形成四个以上的填充气体层G1、G2、G3、G4。这是因为实现满足上述目的传热系数(Ug)的隔热性能的最小填充气体层的数量为4。
另一方面，为了便于说明，图1中图示了4个填充气体层G1、G2、G3、G4，但不一定局限于此。
在恒定维持填充气体层的厚度的前提下，随着增加填充气体层的构成数量，可持续减少传热系数(Ug)，因此可根据建筑物的隔热目标来调节填充气体层的数量，从而制备各种形态的多层玻璃。在此情况下，可在一个第三玻璃和与上述第三玻璃相邻的另一第三玻璃之间以及第一玻璃及第二玻璃和分别与上述第一玻璃及第二玻璃相邻的一个第三玻璃之间至少形成4个填充气体层。
像这样，通过变更窗框的结构来增加填充气体层数的情况下，能够额外增进隔热性能，从而在解决零能源住宅的窗户方面有意义。
上述填充气体层G1、G2、G3、G4能够以利用公知的方法，并通过形成在密封材料130的一个区域的注入孔(未图示)，将氩气或氪气填充于由第三玻璃PG1、PG2、PG3划分的空间后，以密封注入孔的方式形成，但并不特别局限于此。
密封材料130形成于第一玻璃110、第二玻璃120及第三玻璃PG1、PG2、PG3中的相邻的两个玻璃之间的边缘(edge)，用于密封填充气体层G1、G2、G3、G4的侧面。
密封材料130相对于以隔开恒定间隔的方式相向的两张玻璃，以与填充气体层G1、G2、G3、G4的厚度相对应的方式维持恒定间隔，并以柔软且具有气密性的方式密封第一玻璃110、第二玻璃120和第三玻璃PG1、PG2、PG3的边缘。
密封材料130一般可区分为第一密封材料(未图示)和第二密封材料(未图示)，第一密封材料恒定维持玻璃之间的间隔，且在制备注入的隔热气体的多层玻璃的工序中，使用粘结时间短的材料，以防止第一次流出。作为一例，第一密封材料可使用聚异丁烯(Polyisobutylene)。第二密封材料用于彻底密封多层玻璃内部空气层，并防止长时间使用时外部空气流入。作为一例，第二次密封材料可使用选自多硫化物(Polysulfide)、硅类粘结剂及聚氨酯(Polyurethane)材质中的至少一种。
并且，密封材料130可包含吸湿剂，用于在加工多层玻璃后去除包含于内部填充气体层G1、G2、G3、G4的湿气，吸湿剂可使用选自硅胶、氯化钙、活性氧化铝等物质中的至少一种。
另一方面，根据本发明，超级绝热多层玻璃100在第二玻璃120的内侧面，即，第二玻璃120和与上述第二玻璃120相邻的填充气体层G4之间还可形成有低辐射涂敷层140。
低辐射涂敷层140具有反射远红外的低辐射(low-Emissivity)性能，阻隔长波长区域(2.5～50μm)的远红外辐射能量，从而具有提高隔热性能的功能。此时，低辐射涂敷层140可具有3～15％左右的垂直辐射率(Emissivity)。在此，辐射率表示红外线波长区域的红外线能量的吸收程度。
作为一例，低辐射涂敷层140可由选自银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、氟掺杂的氧化锡(FTO，Fluorinate doped tin oxide)等中的一种材质形成，或者可适用电介质/银(Ag)/电介质的多层结构膜而形成。上述电介质可利用SnZnOxNy或SnZnNx等金属(氧)氮化物材质。此外，对于低辐射涂敷的公知技术广泛，本发明意味着将这种公知的低辐射涂敷技术适用于第二玻璃120的内侧面。
即，若将低辐射涂敷层140适用于第二玻璃120的内侧面，则能够追加阻隔无法由填充气体层G1、G2、G3、G4阻隔的辐射引起的热传递，从而增进隔热性能。
如此，表面形成有低辐射涂敷层140的第二玻璃120被称为低辐射玻璃(lowemissivity Low-e glass)，这种低辐射玻璃在夏季反射太阳辐射热，在冬季保存室内取暖器中发生的红外线，由此带来建筑物的节能效果。
低辐射涂敷层140可利用通常的溅射(spattering)法、化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)法、喷射(spray)法等来在第二玻璃120表面直接涂敷或蒸镀如上所述的物质而形成。
如上所述，本发明的超级绝热多层玻璃100中，四个以上的填充气体层以最佳的厚度形成，使得传热系数小于0.7W/m2K，进而能够实现与墙体的传热系数类似的0.5W/m2K水平的传热系数，使得隔热性能明显优秀。
并且，与真空玻璃不同，不存在真空压，因此在结构上稳定，且破碎危险与一般多层玻璃类似。
实施例
下面，通过本发明的实施例更加详细说明本发明的结构及作用。只是，这仅作为本发明的例示而提出，在任何含义上都不能解释为本发明局限于此。
只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就能够充分且技术性地类推在此未记载的内容，因而省略其说明。
1.试片的制备
制备了具有表1中所记载的结构的实施例1～实施例3及比较例1～比较例4的多层玻璃。
表1
即，内面玻璃由辐射率为3％的低辐射涂敷层形成于与填充气体层的接触面的厚度为6mm的低辐射玻璃形成。
2.物性的评价
图2表示了制备的多层玻璃试片实施例1～实施例3及比较例1～比较例4的各传热系数(Ug)、太阳能得热系数(g-值，SHGC，Solar Heat Gain Coefficient)、可见光透射率、玻璃外侧面温度及玻璃内侧面温度的测定结果。
在此，表2的值为根据NFRC 100-200基准计算而得的结果，当计算传热系数(Ug)及玻璃表面温度时，内部空气及外部空气的温度条件如下，即，外部空气温度为-18℃、内部空气温度为21℃，当计算太阳能得热系数(g-值)时，内部空气及外部空气的温度条件如下，即，外部空气温度为32℃，内部空气温度为24℃。
表2
参照表1及表2，比较实施例1～实施例3及比较例1～比较例4，其结果，可知填充气体层的数量越多，传热系数(Ug)就越低，当填充气体层的数量至少为4时，传热系数(Ug)满足小于0.7W/m2K的条件。
可知形成有防反射涂敷层的实施例1、实施例3与未形成有防反射涂敷层的实施例2和比较例1～比较例4相比，可见光透射率高。
并且，填充气体层的数量为4个以上的实施例1～实施例3及比较例4的情况下，与填充气体层的数量小于4的比较例1～比较例3相比，隔热性能更优秀，且填充气体层的数量最多的实施例3中，隔热性能最优秀。
以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但这仅属于例示性的，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就能够理解从中进行各种变形及等同的其他实施列。因此，应根据以下所记载的发明要求保护范围来判断本发明的真正的技术保护范围。
符号说明
100：超级绝热多层玻璃                        110：第一玻璃
120：第二玻璃                                PG1、PG2、PG3：第三玻璃
G1、G2、G3、G4：填充气体层                   130：密封材料
140：低辐射涂敷层                            150：防反射涂敷层

Claims (13)

1.一种超级绝热多层玻璃，其特征在于，包括：
第一玻璃及第二玻璃，以相向的方式隔开；
多个第三玻璃，其以相隔开的方式形成于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间，所述多个第三玻璃的厚度为1～3mm；
填充气体层，其在所述第一玻璃、第二玻璃及第三玻璃中的相邻的两个玻璃之间以11～13mm的厚度至少形成4个以上，所述填充气体层分别包含氩气；以及
密封材料，其用于密封所述填充气体层的侧面。
2.根据权利要求1所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述填充气体层包含85～95％的氩气和5～15％的空气。
3.一种超级绝热多层玻璃，其特征在于，包括：
第一玻璃及第二玻璃，以相向的方式隔开；
多个第三玻璃，其以相隔开的方式形成于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间，所述多个第三玻璃的厚度为1～3mm；
填充气体层，其在所述第一玻璃、第二玻璃及第三玻璃中的相邻的两个玻璃之间以6～10mm的厚度至少形成4个以上，所述填充气体层分别包含氪气；以及
密封材料，其用于密封所述填充气体层的侧面。
4.根据权利要求3所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述填充气体层包含85～95％的氪气和5～15％的空气。
5.根据权利要求1或3所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述第一玻璃及第二玻璃具有5～8mm的厚度。
6.根据权利要求1或3所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述超级绝热多层玻璃进一步包括低辐射涂敷层，所述低辐射涂敷层形成于所述第二玻璃和与所述第二玻璃相邻的填充气体层之间。
7.根据权利要求1或3所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述超级绝热多层玻璃进一步包括形成于所述第三玻璃的表面的防反射涂敷层。
8.一种超级绝热多层玻璃，其特征在于，
以相隔开的方式排列有五张以上的玻璃，在所述五张以上的玻璃之间形成有包含氩气或氪气的填充气体层，所述超级绝热多层玻璃的传热系数小于0.7W/m2K。
9.根据权利要求8所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
含有所述氩气的填充气体层的厚度为11～13mm。
10.根据权利要求9所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
含有所述氩气的填充气体层包含85～95％的氩气和5～15％的空气。
11.根据权利要求8所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
含有所述氪气的填充气体层的厚度为6～10mm。
12.根据权利要求11所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
含有所述氪气的填充气体层包含85～95％的氪气和5～15％的空气。
13.根据权利要求8所述的超级绝热多层玻璃，其特征在于，
所述超级绝热多层玻璃包括以1～3mm的厚度形成于最外围玻璃之间的多个隔断玻璃。
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