CN110248801A - 具有非均匀涂层和多个密封的气体分子空腔的隔热玻璃层压板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了减轻或防止加热腔的热损失的隔热玻璃层压板。本发明还提供了一种加热装置，诸如烤箱，其包括隔热玻璃层压板(作为扩散器)，以保护功能元件。在一些实施例中，隔热玻璃层压板包括第一衬底、第二衬底以及与衬底的至少一个内表面形成化学结合的非均匀低导热或非导热涂层。涂层的厚度可以为约0.010英寸以下，形成接触衬底的至少一个内表面的约30％以下的图案。涂层还在衬底之间形成多个密封的气体分子空腔。由于每个空腔中存在少量的气体分子，所以衬底之间的对流传热被减至最小，从而使通过层压板进入周围环境中的热损失最小化。

Description

具有非均匀涂层和多个密封的气体分子空腔的隔热玻璃层 压板

技术领域

本发明涉及隔热玻璃层压板。

背景技术

玻璃层压板用于各种高温应用，例如用于观察加热腔的窗口和视窗玻璃。为了使加热腔的热损失最小化，层压板具有多个玻璃板，玻璃板之间存在间隙，以防止从加热腔到外层玻璃板的直接热传递。但是，由于玻璃板之间的间隙中空气的对流传热，外玻璃板的温度仍然会升高，热量会散失到周围环境中。已经使用隔热涂层来防止热损失，但是许多涂层存在不足。

光扩散器是一种能透射可见光并最小化中长波长红外光的透射的元件。大多数光扩散器并不足以使功能部件(诸如LED、照相机、照明组件、接线、传感器和半导体部件)与家用和商用烤箱以及其它加热腔中的高温热隔离。这对于被设计成不能承受高温的功能部件(诸如LED)来说是一个非常严重的问题。一种使照明组件与烤箱中的高温隔离的方法是提供通过对流冷却照明组件的空气间隙。另一种方法是使用散热器。还有一种方法是用涂有低辐射涂层的透镜保护照明组件。然而，这些方法并不一定能够使功能元件与高温充分隔离。

发明内容

本发明描述了减轻或防止加热腔的热损失的隔热玻璃层压板。在一些实施例中，隔热玻璃层压板包括与衬底的至少一个内表面形成化学结合的非均匀低导热或非导热涂层，其中涂层的厚度可以为约0.010英寸以下。在一些实施例中，非均匀低导热或非导热涂层有助于在衬底之间形成多个密封的三维空腔，每个空腔的体积非常小，其内具有少量的气体分子。由于每个空腔中存在少量的气体分子，所以衬底之间的对流传热被减至最小，从而使通过层压板进入周围环境中的热损失最小化。

目前的一些文献表明，当气体空腔的厚度为约15毫米时，隔热玻璃层压板是最佳的隔热体，其中，空腔厚度小于15毫米时，导热损失增加，而空腔厚度大于15毫米时，对流损失增加。这一知识表明，减小空腔的厚度将增加导热损失，但是在本发明中导热损失没有增加。

在一个非限制性实例中，本发明的隔热玻璃层压板可用于高温应用(例如家用烤箱和商用烤箱中的窗口和视窗玻璃)以及具有加热腔的应用(其中需要较低的热损失和冷却出口窗口温度)。在一些实施例中，高温应用为高于约175℃。

在一个实施例中，本发明提供一种隔热层压板，其包括具有内表面的第一玻璃衬底、具有内表面的第二玻璃衬底以及与至少一个内表面形成化学结合的非均匀低导热或非导热涂层。涂层的厚度为约0.010英寸以下，并形成接触至少一个内表面的约30％以下的图案。衬底之间存在多个密封的气体分子空腔。

本发明还涉及使加热腔中或加热腔附近的功能部件(诸如LED、照相机、照明组件、接线、传感器和半导体部件)热隔离的光扩散器。在一些实施例中，光扩散器包括本文所述的隔热玻璃层压板。光扩散器可以具有位于烤箱炉腔与功能元件之间的隔热玻璃层压板，这样使得层压板将功能元件与炉腔内的温度部分地或完全地隔离。在一些实施例中，在层压板的一个或多个部件上设置热反射涂层以提供额外的隔热。

附图说明

图1示出了使用接触衬底的至少一个内表面的约30％以下的非均匀涂层形成的具有多个圆形空腔的层压板的一部分。

图2示出了本发明的层压板的示意图。

图3示出了使用本发明的层压板来保护功能部件的烤箱的示意图。

具体实施方式

本发明提供了减轻或防止加热腔的热损失的隔热玻璃层压板。在一些实施例中，隔热玻璃层压板包括具有内表面的第一玻璃衬底、具有内表面的第二玻璃衬底以及与至少一个内表面形成化学结合的非均匀低导热或非导热涂层，其中非均匀低导热或非导热涂层的厚度为约0.010英寸以下，形成与至少一个内表面的约30％以下接触的图案；并且其中衬底之间存在多个密封的气体分子空腔。

在一些实施例中，所述多个密封的气体分子空腔可以包括但不限于每平方厘米涂层约5至约400、约100至约400或约5至约50个空腔。每个空腔之间测量的涂层宽度可以是但不限于小于约0.5毫米、约0.01至0.5毫米或约0.02毫米至约0.1毫米。涂层应该防止衬底接触。涂层的目的之一是在衬底之间提供间隔，以将气体分子捕获在衬底之间的多个密封空腔中。

在一些实施例中，涂层的导热率为约5W/(m·K)以下，或约3.5W/(m·K)以下。在一些实施例中，涂层的导热率低于与涂层组合物接触的衬底的导热率。出于本发明的目的，“低导热”涂层的导热率为约5W/(m·K)以下，而“非导热”涂层的导热率为0或约0W/(m·K)。

涂层在衬底之间形成隔热层，以最小化对流气流并减少衬底之间的热传递。在一些实施例中，涂层是由涂层组合物形成的低导热或非导热涂层，例如在一个非限制性实例中，所述涂层为搪瓷、玻璃料或其组合，它们分别包含陶瓷化合物、玻璃化合物或其组合，其任选地与其它化合物组合。在使涂层组合物固化以形成涂层时，这些组合物中的一些可能会蒸发。在某些实施例中，与接触涂层的衬底相比，涂层中的陶瓷化合物和玻璃化合物的组分和热膨胀性能相似。

图1和图2示出了本发明的层压板10的示意图。层压板10具有第一玻璃衬底20、第二玻璃衬底30以及涂层40。涂层40具有孔45。如前所述，所述孔45在层压板10中的衬底20与30之间形成空腔。

涂层组合物可以包括玻璃料，其是通过对熔融的、复杂的材料组合进行快速淬火而产生的无机化学物质的混合物，并且将由此制造的化学物质限制为玻璃状固体薄片或颗粒的非迁移组分。在一个非限制性实例中，玻璃料包括在其生产过程中特意制造的下列所有化学物质。所述化学物质主要包括但不限于下面列出的一些或所有元素的氧化物，其还可以包括这些元素的氟化物：铝、锑、砷、钡、铋、硼、镉、钙、铈、铬、钴、铜、金、铁、镧、铅、锂、镁、锰、钼、钕、镍、铌、磷、钾、硅、银、钠、锶、锡、钛、钨、钒、锌、锆及其组合。最常见的玻璃料是铋基玻璃料和锌基玻璃料。考虑到颜色，玻璃料中可以添加少量颜料。

在一个非限制性实例中，合适的涂层组合物包括：

结晶二氧化硅：11-15％；

硼酸盐：19-22％；

氧化锌：25-29％；

二氧化钛：32-36％；

锰化合物：0-2％；

氧化铁：0-2％；

铬化合物：0-2％；

钴化合物：0-3％；以及

氧化铝：3-6％。

在另一个非限制性实例中，合适的涂层组合物包括：

结晶二氧化硅：34-38％；

硼酸盐：8-12％；

氧化锌：16-20％；

二氧化钛：5-9％；

锰化合物：0-3％；

氧化铁：0-3％；

铬化合物：11-15％；以及

铜化合物：8-12％。

可以通过丝网印刷或任何其它合适的技术将非均匀涂层施加到衬底上。如图1所示，非均匀涂层具有空隙并且不接触衬底的整个表面。非均匀涂层可以形成规则或不规则的图案。例如，当进行丝网印刷时，通过丝网注入涂层组合物以形成图案。图案化的且非均匀涂层组合物有助于在衬底之间形成多个密封的气体分子空腔。涂层可以是透明的或有色的。根据需要，可以存在中间层、额外的衬底和额外的涂层。

层压板可以通过以本领域技术人员已知的任何方式将涂层化学结合到至少一个衬底上而形成。对于非限制性实例，层压板可通过以下步骤形成，所述步骤包括：向第一衬底施加涂层组合物，加热涂层组合物以将涂层组合物粘附到第一衬底上，在加热的涂层组合物上施加第二衬底，烧制加热的涂层组合物以在涂层与至少一个衬底之间形成化学结合。在其它实施例中，层压板通过以下步骤形成，所述步骤包括：向第一衬底施加涂层组合物，在涂层组合物上施加第二衬底，然后烧制涂层组合物以在涂层与至少一个衬底之间形成化学结合。在所有实施例中，涂层、第一衬底和第二衬底中的至少一个可与另外两个中的至少一个形成化学结合。

本发明的涂层，至少与衬底接触的涂层是热解的。因为涂层通过共用氧原子并成为Si-O-X链的一部分而化学键合到衬底上。热解涂层是“硬”涂层，不同于机械粘附到衬底上的“软”涂层(如油漆)。与粘附的涂层相比，热解涂层具有优异的耐磨性，不易刮伤，通常不需要保护性的最上方涂层(topcoat)。本发明的热解涂层可以以本领域技术人员已知的任何方式施加，例如通过使用高温等离子体方法或丝网印刷进行沉积。

在本发明中，术语“玻璃”包括玻璃和玻璃陶瓷，包括但不限于钠钙玻璃、硼硅酸盐、锂铝硅酸盐及其组合。术语“衬底”表示可以施加本文所述的涂层以及其它元素到其上的平台(platform)。衬底的形状不受限制。衬底可以是平的、弯曲的、凹的或凸的，并且其可以具有矩形、正方形或其它外形尺寸。在一些实施例中，衬底包括玻璃材料并且厚度为约1mm至约10mm或约2mm至约5mm。

因为涂层没有覆盖衬底的整个表面区域，所以，它是非均匀涂层。实际上，非均匀涂层以有助于在衬底之间形成多个密封的气体分子空腔的图案方式分布。所述图案可以包括许多涂料区段，这些涂料区段以网格状方式连接以包围所述多个空腔。所述空腔基本上是空隙，气体分子可以在没有实质运动的情况下占据所述空隙。空腔的形状并不重要。空腔可以是蜂窝状、圆形或任何其它形状，其在两个衬底之间产生多个三维充气空隙，并且在空隙之间产生涂层区段。图1示出了层压板的一部分，所述层压板具有多个圆形空腔和与衬底的至少一个内表面的约30％以下接触的非均匀且图案化的涂层。

在一些实施例中，涂层的厚度为约0.010英寸以下，约0.005英寸以下，或约0.001英寸以下。期望形成这种厚度较小的涂层并且使用低导热或非导热涂层组合物以使导热传递最小化。在一些实施例中，非均匀涂层分布在大部分衬底上，并且形成接触衬底的至少一个内表面的约30％以下、衬底的至少一个内表面的约20％以下、或衬底的至少一个内表面的约10％以下的图案(换句话说，空腔/空隙接触衬底的至少一个内表面的约70％以上，约80％以上，或约90％以上)。这些厚度较小的非均匀涂层有助于产生多个密封的三维空腔，每个空腔的体积非常小，并且其内具有少量的气体分子。由于每个空腔中存在少量的气体分子，因此衬底之间的对流传热被减至最小，从而使通过层压板进入周围环境中的热损失最小化。空腔基本上充当热绝缘体。气体可以是空气或惰性气体。在一些实施例中，空腔中存在部分真空或全部真空。在其它实施例中，空腔中没有真空。

本发明还涉及使加热腔中或加热腔附近的功能部件(诸如LED、照相机、照明组件、接线、传感器和半导体部件)热隔离的光扩散器。在一些实施例中，光扩散器包括本文所述的隔热玻璃层压板。光扩散器可以具有位于烤箱炉腔与功能元件之间的隔热玻璃层压板，这样使得层压板将功能元件与炉腔内的温度部分地或完全地隔离。在一些实施例中，在层压板的一个或多个部件上设置热反射涂层以提供额外的隔热。

与具有或不具有低辐射涂层的透镜不同，本文公开的隔热层压板是可见的透明的，与窗口或视窗玻璃类似，因为它们不会使层压板后面的元件的图像发生显著扭曲。因此，层压板可用作光扩散器，以使例如烤箱中或烤箱附近的功能元件热隔离，同时还使可见光充分透射，以使得照相机或其它功能元件能够通过层压板观察到炉腔所含之物。

光扩散器和功能元件可以位于加热腔内的任何位置，例如位于后部、侧部或顶部。在一些实施例中，光扩散器以类似于烤箱前门上的烤箱窗口的方式平行于烤箱炉腔的六个侧面中的一个(诸如在这样的侧面的周边内)，使得光扩散器位于烤箱炉腔的中心与功能元件之间。

在图3中，示出了包括层压板10的烤箱内部100的示意图，所述层压板10屏蔽功能部件50。在所示实施例中，层压板10平行于并且邻近于内部100的一侧，并且屏蔽部件50免受热的影响。如前所述，本发明涵盖了层压板10和部件50的其它位置。

虽然已经参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以对其元件进行等同替换。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或特定材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于作为实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例。本文公开的范围包括其间的所有子范围。

Claims (15)

1.一种隔热层压板，其包括：

具有内表面的第一玻璃衬底；

具有内表面的第二玻璃衬底；以及

与至少一个内表面形成化学结合的非均匀低导热或非导热涂层，其中，

所述涂层的厚度为约0.010英寸以下，形成接触所述至少一个内表面的约30％以下的图案，并且

在所述第一衬底与第二衬底之间存在多个密封的气体分子空腔。

2.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述多个密封的气体分子空腔包括每平方厘米涂层约5至约400个空腔。

3.根据权利要求1所述的层压板，其中，在所述多个密封空腔中的每一个之间测量的所述涂层的宽度为约0.01至约0.5毫米。

4.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述涂层的厚度为约0.005英寸以下。

5.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述涂层的厚度为约0.001英寸以下。

6.一种形成根据权利要求1所述的层压板的方法，其包括以下步骤：向所述第一衬底施加涂层组合物，加热所述涂层组合物以将所述涂层组合物粘附到所述第一衬底上，在加热的涂层组合物上施加所述第二衬底，以及烧制所述加热的涂层组合物以形成化学结合。

7.一种形成根据权利要求1所述的层压板的方法，其包括以下步骤：向所述第一衬底施加涂层组合物，在所述涂层组合物上施加所述第二衬底，以及烧制所述涂层组合物以形成化学结合。

8.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述涂层是包含陶瓷化合物、玻璃化合物或其组合的搪瓷或玻璃料。

9.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述涂层是透明的。

10.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述涂层的导热率低于所述第一衬底和第二衬底的导热率。

11.根据权利要求1所述的层压板，其中，所述空腔中没有真空。

12.一种包括根据权利要求1所述的层压板的烤箱，其中，所述烤箱在高于约175℃的温度下运行。

13.根据权利要求12所述的烤箱，其中，所述烤箱的窗口或视窗玻璃包括所述层压板。

14.一种烤箱，包括：

光扩散器；

在所述烤箱中或在所述烤箱附近的功能元件，其中所述光扩散器使所述功能元件热隔离，透射可见光，并且最小化中长波长红外光的透射，其中，

所述光扩散器包括根据权利要求1所述的层压板。

15.根据权利要求14所述的烤箱，其中，所述功能元件是LED、照相机、照明组件、接线、传感器、半导体部件或其组合。