CN112534112A - 非对称真空隔热玻璃窗单元 - Google Patents

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CN112534112A CN201980031892.2A CN201980031892A CN112534112A CN 112534112 A CN112534112 A CN 112534112A CN 201980031892 A CN201980031892 A CN 201980031892A CN 112534112 A CN112534112 A CN 112534112A
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J·让菲斯
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Abstract

本发明涉及一种真空隔热玻璃窗单元(10)，所述真空隔热玻璃窗单元沿着由纵向轴线X和竖直轴线Z限定的平面P延伸；具有沿着所述纵向轴线X测量的宽度W以及沿着所述竖直轴线Z测量的长度L。所述真空隔热玻璃窗单元的长度L等于或大于300mm，(L≥300mm)。真空隔热玻璃窗单元包括：a.具有厚度Z1的第一玻璃片(1)和具有厚度Z2的第二玻璃片(2)，其中，所述厚度是在与所述片P垂直的方向上测量的。所述第二玻璃片的厚度Z2等于或大于3mm，(Z2≥3mm)。Z1大于Z2，使得所述第一玻璃片的厚度Z1与所述第二玻璃片的厚度Z2的厚度比率Z1/Z2等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)，并且大于Z1/(Z1‑2.10)(Z1/Z2>Z1/(Z1‑2.10))。所述第一玻璃片和所述第二玻璃片为浮法退火玻璃片，并且其中，所述第一玻璃片具有热膨胀系数CTE1，所述第二玻璃片可以具有热膨胀系数CTE2，并且其中，CTE1与CTE2之间的所述绝对差至多为0.4010‑6/℃(│CTE1‑CTE2│≤0.40 10‑6/℃)。b.一组离散间隔件(3)，所述组离散间隔件被定位在所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间，维持所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离，并且形成具有间距λ的阵列。所述间距λ包含在10mm与26mm(10mm≤λ≤26mm)之间。c.气密结合密封件(4)，所述气密结合密封件在所述第一玻璃片和所述第二玻璃片的周界上密封所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离。d.内部体积V，所述内部体积由所述第一玻璃片、所述第二玻璃片和所述组离散间隔件限定并且被所述气密结合密封件封闭，并且其中，存在绝对压力小于0.1mbar的真空。

Description

非对称真空隔热玻璃窗单元
1.技术领域
本发明涉及一种真空隔热玻璃窗单元，其中玻璃片具有不同的厚度。
2.背景技术
由于真空隔热玻璃窗单元的高隔热性能，因此推荐真空隔热玻璃窗单元。真空隔热玻璃窗单元通常由至少两个玻璃片构成，这些玻璃片由内部空间分开，在该内部空间中已经产生真空。通常，为了实现高隔热性能(热传递系数U，U<1.2W/m2K)，玻璃窗单元内部的绝对压力通常为0.1mbar或更低，并且通常两个玻璃片中的至少一个覆盖有低辐射层。为了在玻璃窗单元内部获得这样的压力，气密结合密封件被放置在两个玻璃片的周边上，并且借助于泵在玻璃窗单元内部产生真空。为了防止玻璃窗单元在大气压力下(由于玻璃窗单元的内部与外部之间的压力差)塌陷，离散间隔件(也称为支柱)被放置在两个玻璃片之间。
需要仔细确定真空隔热玻璃窗单元的尺寸，以抵抗不同的外部应力。在具体确定真空隔热玻璃窗单元的尺寸时要考虑的主要外部应力是由外部环境与内部环境之间的温度差引起的热应力、以及大气压力引起的应力。
面向内部环境的玻璃片所承受的温度与内部环境的温度相似，而面向外部环境的玻璃片所承受的温度与外部环境的温度相似。在最恶劣的天气条件下，内部温度与外部温度之间的差可能高达40℃以上。内部环境与外部环境之间的温度差可能导致在玻璃片内部的引起的热应力。在一些严重情况下，例如，当温度差≥40℃时，引起的热应力可能使真空隔热玻璃窗断裂。为了抵抗这种引起的热应力，在本领域中已经提供了不同的解决方案，例如增加两个玻璃片的厚度。在JP 2001316137中提出了另一种解决方案，该解决方案解决了如何改进真空隔热玻璃窗单元，使得即使玻璃片被强烈的阳光照射也不会发生变形或畸变。JP 2001316137教导了设计一种玻璃窗，其中，设置在室内侧的内玻璃片比外玻璃片更厚。相比之下，JP 2001316138教导了相反的VIG构造，其中，设置在室外侧的外玻璃片比内玻璃片更厚，以改进耐冲击性和声学性。
然而，没有现有技术解决改进对真空隔热玻璃窗单元(其中，玻璃片经受外部温度与内部环境之间的温度差)中的引起的热应力的抵抗的技术问题。此外，没有现有技术解决在支柱位置处的大气压力引起的应力的技术问题，更不用说如何设计一种真空隔热玻璃窗单元的技术问题，该真空隔热玻璃窗单元在保持高隔热性能的同时表现出对这种组合的外部应力的抵抗的改进。
3.发明内容
本发明涉及一种真空隔热玻璃窗单元(VIG)，该真空隔热玻璃窗单元沿着平面P延伸，该平面由纵向轴线X和竖直轴线Z限定，并且具有沿着纵向轴线X测量的宽度W和沿着竖直轴线Z测量的长度L。VIG的长度L等于或大于300mm，(L≥300mm)。这种VIG包括：
a)具有厚度Z1的第一玻璃片和具有厚度Z2的第二玻璃片，其中，Z1大于Z2(Z1>Z2)；其中，厚度是在与平面P垂直的方向上测量的。第二玻璃片的厚度Z2等于或大于3mm(Z2≥3mm)，并且所述第一玻璃片的厚度Z1与所述第二玻璃片的厚度Z2的厚度比率Z1/Z2等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)，并且大于Z1/(Z1-2.10)(Z1/Z2>Z1/(Z1-2.10))。
所述第一玻璃片和所述第二玻璃片为浮法退火玻璃片。第一玻璃片具有热膨胀系数CET1，第二玻璃片可以具有热膨胀系数CET2，并且CET1与CET2之间的绝对差至多为0.4010-6/℃(│CET1-CET2│≤0.40 10-6/℃)
b)一组离散间隔件，所述组离散间隔件被定位在所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间，维持所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离，并且形成具有间距λ的阵列。所述间距λ包含在10mm与26mm(10mm≤λ≤26mm)之间。
c)气密结合密封件，所述气密结合密封件在所述第一玻璃片和所述第二玻璃片的周界上密封所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离。
d)内部体积V，所述内部体积由所述第一玻璃片、所述第二玻璃片和所述组离散间隔件限定并且被所述气密结合密封件封闭，并且其中，存在绝对压力小于0.1mbar的真空。
本发明进一步涉及一种分隔物，所述分隔物将具有第一温度Temp1的第一空间与具有第二温度Temp2的第二空间分开，其中，Temp 1低于Temp2。所述分隔物包括由根据本发明的真空隔热玻璃窗单元封闭的开口，其中，优选地，所述第一玻璃片面向所述第一空间。本发明还涉及根据本发明的真空隔热玻璃窗单元的用途，用于封闭这种分隔物的开口。
通过以下结合附图的详细描述，实施例的其他方面和优点将变得显而易见，附图通过举例的方式展示了所描述的实施例的原理。
4.附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的真空隔热玻璃窗单元的截面图。
图2示出了在ΔT＝40℃并且T1<T2时，在玻璃片上计算的最大热应力(σΔT Max)根据Z1/Z2厚度比率而变的有限元建模结果。
图3在阴影区域中展示了根据本发明的根据Z1的比率Z1/Z2的值。
5.具体实施方式
本发明的目的是提供一种真空隔热玻璃窗单元(下文中称为VIG)，其表现出高隔热性能和对由内部环境与外部环境之间的温度差引起的应力和由对大气压力引起的应力组合抵抗的改进。
惊人发现，当本发明的真空隔热玻璃窗单元非对称时，即其中，第一玻璃片比第二玻璃片厚(Z1>Z2)，并且其特征为特定的厚度比率(Z1/Z2)，并且通过特定尺寸(L)、第二玻璃片的特定厚度(Z2)、以及间隔件之间的特定间隔(λ)进一步仔细确定尺寸，与具有相同的总厚度的相应对称真空隔热玻璃窗相比，本发明的真空隔热玻璃窗单元提供了更好的组合应力抵抗。
本发明的真空隔热玻璃窗单元将在下文中被称为“非对称VIG”。
本发明涉及一种真空隔热玻璃窗单元，该真空隔热玻璃窗单元通常包括：第一玻璃片和第二玻璃片，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片通过一组离散间隔件关联在一起，所述组离散间隔件将所述玻璃片保持隔开一定距离，所述距离通常包含在50μm与1000μm之间、优选地在50μm与500μm之间、并且更优选地在50μm与150μm之间；以及在所述玻璃片之间的内部空间，所述内部空间包括至少一个第一空腔，其中所述空腔中存在绝对压力小于0.1mbar的真空，所述空间被位于围绕所述内部空间的玻璃片的周边上的周边气密结合密封件封闭。
本发明涉及一种真空隔热玻璃窗单元(10)，该真空隔热玻璃窗单元沿着平面P延伸，该平面由纵向轴线X和竖直轴线Z限定，并且具有沿着纵向轴线X测量的宽度W和沿着竖直轴线Z测量的长度L。本发明的非对称VIG的长度L等于或大于300mm，(L≥300mm)。在优选实施例中，非对称VIG的长度L等于或大于400mm，(L≥400mm)，优选地等于或大于500mm，(L≥500mm)。在进一步优选的实施例中，本发明的非对称VIG的宽度W等于或大于300mm(W≥300mm)，优选地等于或大于400mm，(W≥400mm)，更优选地等于或大于500mm，(W≥500mm)，
如图1中所展示，本发明的非对称VIG(10)包括：
a)具有厚度Z1的第一玻璃片(1)和具有厚度Z2的第二玻璃片(2)，其中，所述厚度是在与所述平面P垂直的方向上测量的；
b)一组离散间隔件(3)，所述组离散间隔件被定位在所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间并且维持所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离，并且形成具有间距λ的阵列；
c)气密结合密封件(4)，所述气密结合密封件在所述第一玻璃片和所述第二玻璃片的周界上密封所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离；
d)内部体积V，所述内部体积由所述第一玻璃片、所述第二玻璃片和所述组离散间隔件限定并且被所述气密结合密封件封闭，并且其中，存在绝对压力小于0.1mbar的真空。
在本发明内，Z1大于Z2(Z1>Z2)，使得第一玻璃片的厚度Z1与第二玻璃片的厚度Z2的厚度比率Z1/Z2等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)，并且满足等式：Z1/Z2>Z1/(Z1-2.10)。在优选的实施例中，厚度比率Z1/Z2等于或大于1.55(Z1/Z2≥1.55)，更优选地包含在1.60与6.00之间(1.60≤Z1/Z2≤6.00)，优选地在2.00与4.00之间(2.00≤Z1/Z2≤4.00)。
在本发明内，非对称VIG的第二玻璃片的厚度Z2等于或大于3mm(Z2≥3mm)。通常，第二玻璃片的厚度Z2可以等于或大于4mm，(Z2≥4mm)，等于或大于5mm，(Z2≥5mm)，并且甚至等于或大于6mm，(Z2≥6mm)，并且将不超过10mm，优选地不超过8mm。然而，为了改进对引起的热应力的抵抗，优选的是将第二片的厚度Z2保持为最小。
在本发明内，定位在第一玻璃片与第二玻璃片之间并且保持第一玻璃片与第二玻璃片之间的距离的离散间隔件之间的间隔，也称为间距λ，包含在10mm与26mm之间(10mm≤λ≤26mm)，优选地，间距包含在15mm与25mm之间(15mm≤λ≤25mm)，更优选地在20mm与24mm之间(20mm≤λ≤24mm)。
本发明所基于的惊人的发现在于藉由仔细设计尺寸的非对称VIG配置可以实现对引起的热应力和引起的大气应力组合的最佳抵抗。
出于本发明的设计非对称VIG的目的，仅考虑了玻璃片的外片面上的拉伸应力。实际上，如本领域技术人员所知，拉伸应力可能会导致玻璃片破裂直至断裂点。此外，仅考虑了在外片面上的拉伸应力。外片面是玻璃片的面向VIG外部的面。VIG的内部体积V处于真空下，因此基本上没有水。本领域技术人员公知的，在没有水蒸汽的情况下，内片面(即面向VIG的内部体积V的那些面)在机械上更耐受。
引起的热应力
一旦第一玻璃片(1，T1)与第二玻璃片(2，T2)之间存在温度差，就会产生引起的热应力，并且该引起的热应力随着T1与T2之间的差增大而增大。温度差(ΔT)是针对第一玻璃片(1)计算出的平均温度T1与针对第二玻璃片(2)计算出的平均温度T2之间的绝对差。玻璃片的平均温度是根据本领域技术人员已知的数值模拟来计算的。在恶劣条件下，当玻璃片之间的这种绝对温度差达到30℃时、甚至当绝对温度差高于40℃时，引起的热应力变得更加有问题-直至破坏VIG。内部环境的温度通常是20℃到25℃，而外部环境的温度可以从冬天的-20℃扩大到夏天的+35℃。因此，在恶劣条件下，内部环境与外部环境之间的温度差可以达到高于40℃。因此，在针对第一玻璃片(1)计算出的平均温度T1与针对第二玻璃片(2)计算出的平均温度T2之间的温度差(ΔT)也可以达到高于40℃。
已经在代表恶劣条件的ΔT＝40℃的条件下计算了引起的热应力，并且第一片的平均温度低于第二片的平均温度(T1<T2)。
本发明基于惊人的发现，即可以经由仔细确定尺寸的非对称VIG配置(其中第一玻璃片Z1与第二玻璃片Z2的比率Z1/Z2应等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)并且大于Z1/(Z1-2.10)，并且其中，第二片的厚度Z2等于或大于3mm(Z2≥3mm))来实现引起的热应力的减小。
已经进一步发现，厚度比率越高，引起的热应力的减小越大，如图2所展示，该图示出了在ΔT＝40℃，并且T1<T2时，在玻璃片上计算的最大热应力(σΔT Max)根据Z1/Z2厚度比率而变的有限元建模结果。
在图2中，最大引起的热应力值是第一玻璃片和第二玻璃片获得的最高值。在以下条件下计算热应力：
-温度：ΔT＝40℃。ΔT被计算为第一玻璃片的平均温度T1与第二玻璃片的平均温度T2之间的温度差，其中，第一片的平均温度低于第二片的平均温度(T1<T2)；
-非对称VIG的长度L为1000mm，宽度W为1000mm。
-支柱放置在规则的正方形阵列上。
-玻璃片是由钠钙硅玻璃制成的浮法退火玻璃片，热膨胀系数CTE，CTE＝8.5 10-6/℃，杨氏模量E，E＝70GPa，以及泊松比μ，μ＝0.21；
-已经测试的实验性VIG具有不受约束的边缘，即未被定位在额外窗口框架内。
引起的热应力(σΔT)是当所述玻璃片暴露于不同温度条件时在VIG的玻璃片上引起的应力。数值模拟用于计算VIG的每个玻璃片上的热应力。已经通过商业软件Abaqus2017(以前称为ABAQUS)建立了有限元分析(FEA)模型，以模拟VIG在暴露于不同温度条件时的表现。计算是通过使用C3D8R单元对玻璃片进行网格划分来实现的，其中这些单元在玻璃厚度上具有5个积分点。使用的全局网格尺寸为1cm。为了实现本发明的ΔT，在两个玻璃片上施加初始且均匀的温度，然后在其中一个玻璃片上施加均匀的温度变化，而将另一个玻璃片保持在初始温度。在两个玻璃片之间施加机械联接，以迫使两个接触的玻璃表面具有相等的位移。已经设定了其他边界条件，以防止组件的刚体运动。已经计算出每个玻璃片上由温度差引起的热应力，并且将两者中最高的作为最大值，并且以MPa表示。
图3以图形方式展示了在玻璃片上测得根据Z1的Z1/Z2厚度比率。阴影区域表示本发明的VIG的特定要求的非对称性，其中Z1/Z2≥1.30，满足等式Z1/Z2>Z1/(Z1-2.10)，并且其中，根据第二片的厚度Z2必须等于或大于3mm(Z2≥3mm)的要求，Z1/Z2≤Z1/3。如以下示例所示，与具有相同的总厚度(Z1+Z2)的相应对称VIG相比，本发明的非对称VIG在玻璃片上提供了最大引起的热应力显著降低。厚度比率Z1/Z2越高，最大引起的热应力的减小就越多。
大气压力引起的应力
除了引起的热应力外，还必须考虑大气压力引起的应力，以确定具有高隔热性能的VIG的尺寸。由于在VIG的两个片之间保持真空，因此大气压力在每个支柱位置处的VIG的玻璃片的外表面上引起永久性拉伸应力。本领域技术人员已知的是，对于小支柱，由支柱在玻璃片的外表面处引起的拉伸应力与其外圆周的尺寸无关。通过小的支柱，通常意味着由支柱的外圆周限定的支柱与玻璃片的接触表面通常等于或小于5mm2，优选地等于或小于3mm2，更优选地等于或小于1mm2。在这些情况下，对于基于等边三角形、正方形或六边形方案的规则阵列，此大气压力引起的应力也称为拉伸应力，可以通过以下公式计算：
σp≤0.11xλ2/t2[MPa]
其中，λ[m]和t[m]分别是间隔件与玻璃片厚度之间的间距。“间距”，其是指将给定的间隔件与其任何相邻物隔开的最短距离。特别是，对于基于正方形的规则阵列，拉伸应力最大，并且因此遵循以下公式：σp≤0.11xλ2/t2[MPa]。
已经发现，在VIG内引入非对称性提供了引起的热应力的减小，但是在抵抗由支柱位置处的大气压力引起的应力方面，会不利地影响非对称VIG的性能。这种恶化主要是由于非对称VIG的第二玻璃片比总厚度相同的对应对称VIG内的玻璃片薄所导致的。
组合应力
非对称与对称(比率)
配置非对称VIG，其中，更厚的玻璃片的厚度Z1与更薄的玻璃片的厚度Z2的比率Z1/Z2应等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)，并且大于Z1/(Z1-2.10)，在显著降低引起的热应力方面表现优异(图2)，但是对于在第二片的表面处显著增加的大气压力引起的应力可能是不利的。然而，惊人发现，通过限定根据本发明的最小的第二片厚度、最小长度和最大间距来仔细地确定非对称VIG的尺寸，在抵抗引起的热应力与大气压力引起的应力之间可以找到有益的折衷。
因此，在确定VIG的尺寸时，需要考虑的是组合应力，即引起的热应力和大气压力引起的应力的组合。术语“组合应力”或“应力的组合”应理解为是指引起的热应力和大气压力引起的应力之和。已经发现，与相应的对称VIG相比，根据本发明设计的非对称VIG将表现出组合应力减小。因此，可以设计更大尺寸的VIG和/或抵抗更大的温度差，同时保持优异的隔热。
实际上，内部空间(特别是建筑物)的充分自然照明是为人们创造愉悦和健康环境的关键参数之一。日光是这种照明的最令人关注的来源，并且重要的是在建筑物围护结构中具有一些透明的部分，以将这种光引入建筑物的内部。因此，市场上存在增加窗和透明门的尺寸、同时要求高隔热性能的趋势。相应地，需要增加真空隔热玻璃窗的尺寸。为了维持这种较大尺寸，优选增加第一片的最小厚度，以承担重量负荷，并且在增加第一玻璃片与第二玻璃片之间的厚度比率方面提供更大的灵活性，从而提供对热应力的抵抗的改进。
根据本发明的第一玻璃片Z1具有的厚度通常可以在4mm与25mm之间、优选地在5mm与19mm之间、更优选地在6mm与10mm之间变化。此外，在本发明的优选实施例中，非对称VIG的第一片的厚度Z1等于或大于4mm(Z1≥4mm)，优选地等于或大于5mm(Z1≥5mm)，更优选地等于或大于6mm(Z1≥6mm)。
如下文在表1A和1B所展示的，针对两个不同的实施例，已经计算出如上文描述的具有相同尺寸、包括在玻璃片之间以相同间距定位的相同离散间隔件、并具有相同的总厚度(＝Z1+Z2)的真空隔热玻璃窗单元在ΔT＝40℃下的组合应力，并且第一片的平均温度低于第二片的平均温度(T1<T2)：一种配置是对称VIG，其中，第一玻璃片和第二玻璃片具有相同厚度，而第二配置是非对称VIG，其中，第一玻璃片的厚度Z1比第二玻璃片的厚度Z2厚。
表1A
Figure BDA0002773862970000101
如上文在表1A所示出的，对于本发明的非对称VIG所获得的最大组合应力已经降低至7.05MPa，而相应的对称VIG在测试条件下表现出更高的10.91MPa的最大组合应力。
表1B
Figure BDA0002773862970000102
如表1B所示出的，对于本发明的非对称VIG所获得的最大组合应力已经降低至10.42MPa，而相应的对称VIG在测试条件下表现出更高的12.12MPa的最大组合应力。
间距的重要性
下文的示例(表2)展示了间距尺寸λ的重要性，即定位在第一玻璃片与第二玻璃片之间并且在它们之间维持一定距离的离散间隔件之间的间隔。惊人发现，与相应的对称VIG相比，包含在10mm与26mm之间的间距λ对于获得本发明的VIG的非对称配置的减小的组合应力的益处是至关重要的。
已经计算出间距尺寸超出本发明所述值的对称和非对称VIG的组合应力。在相同的条件下，已经计算出如上文描述的引起的热应力和引起的大气应力。
表2
Figure BDA0002773862970000111
如表2所示，对于非对称VIG所获得的最大组合应力达到14.67MPa，而相应的对称VIG表现出13.65MPa的最大组合应力。因此，此示例展示了等于或小于26mm的间距值，这对于非对称VIG的表现优于具有相同总厚度的相应对称VIG至关重要。
Z2的重要性
下文的示例(表3)展示了第二片的厚度Z2的重要性。惊人发现，相比于相应的对称VIG，等于或大于3mm(Z2≥3mm)的第二玻璃片的厚度Z2对于获得本发明的VIG的非对称配置的减小的组合应力的益处是至关重要的。
已经计算出对称和非对称VIG的组合应力，其中，第二片的厚度超出本发明的所述范围。在相同的条件下，已经计算出如上文描述的引起的热应力和引起的大气应力。
表3
Figure BDA0002773862970000121
如表3所示，对于超出本发明的范围的非对称VIG，所获得的最大组合应力达到18.59MPa，而相应的对称VIG表现出10.98MPa的最大组合应力。因此，此示例展示了等于或大于3mm的第二片的厚度Z2，这对于非对称VIG的表现优于具有相同总厚度的相应对称VIG至关重要。
分隔物
本发明的非对称VIG通常用于封闭分隔物内的开口，比如在通用玻璃窗单元、建造物墙壁、汽车玻璃窗单元或建筑玻璃窗单元、器具......。通常，分隔物将建筑物的外部空间与内部空间分开。优选地，本发明的非对称VIG将封闭将外部空间与内部空间分隔开的分隔物的开口，由此，非对称VIG的第一玻璃片面向外部空间。此分隔物将以第一温度Temp1为特征的第一空间与由第二温度Temp2限定的第二空间分开，其中，Temp1低于Temp2。内部空间的温度通常是20℃到25℃，而外部空间的温度可以从冬天的-20℃扩大到夏天的+35℃。因此，内部空间与外部空间之间的温度差在恶劣条件下可以达到高于40℃。本发明的非对称VIG的每个玻璃片的温度(T1，T2)将反映对应空间的温度(Temp1，Temp2)。如果本发明的非对称VIG被定位成使得其第一玻璃片面向第一空间，则所述第一玻璃片的温度(T1)将反映第一空间的温度(Temp1)且第二玻璃片的温度(T2)将反映第二空间的温度(Temp2)，反之亦然。
一旦第一玻璃片(1和T1)与第二玻璃片(2和T2)之间存在温度差，就会产生引起的热应力，并且该引起的热应力随着T1与T2之间的差增大而增大。温度差(ΔT)是针对第一玻璃片(1)计算出的平均温度T1与针对第二玻璃片(2)计算出的平均温度T2之间的绝对差。玻璃片的平均温度是根据技术人员已知的数值模拟来计算的。在恶劣条件下，当玻璃片之间的这种绝对温度差达到20℃时，引起的热应力变得更加有问题—直至破坏VIG，并且当这种绝对温度差高于30℃并且达到40℃时，引起的热应力变得至关重要。
在优选的实施例中，本发明的非对称VIG将封闭分隔物的开口，该分隔物将具有第一温度Temp1的第一空间与具有第二温度Temp2的第二空间分开，其中，Temp1低于Temp2。非对称VIG的第一玻璃片面向第一空间，使得具有大于第二片(2)的厚度Z2的厚度Z1的第一片(1)面向第一空间，该第一空间的温度(Temp1)比第二空间的温度(Temp2)低。实际上，已经发现：为了使本发明的非对称VIG的技术优势最大化，优选地使具有大于第二玻璃片的厚度Z2的厚度Z1的第一玻璃片(1)暴露到“冷侧”，即暴露到具有最低温度(Temp1)的空间。
本发明还涉及如上限定的非对称真空隔热玻璃窗单元的用途，用于封闭将具有第一温度Temp1的第一空间与具有第二温度Temp2的第二空间分开的分隔物的开口，其中，Temp 1低于Temp2，并且其中，第一玻璃片面向第一空间，优选地，第一玻璃片面向外部空间。
玻璃片
根据本发明的真空隔热玻璃窗单元(VIG)的第一片和第二片是浮法退火玻璃片(1，2)。术语“玻璃”在本文中应被理解为是指任何类型的玻璃或等效的透明材料，诸如矿物玻璃或有机玻璃。所使用的矿物玻璃可以无关地是一种或多种已知类型的玻璃，诸如钠钙硅玻璃、铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃、结晶和多晶玻璃。术语“浮法玻璃片”应理解为是指通过浮法工艺形成的玻璃片，这在本领域中是众所周知的。浮法玻璃片表现出较低的生产成本。
第一玻璃片具有热膨胀系数CET1，第二玻璃片具有热膨胀系数CET2，由此CET1与CET2之间的绝对差等于或至多为0.40 10-6/℃(│CET1-CET2│≤0.40 10-6/℃)；优选地，至多为0.30 10-6/℃(│CET1-CET2│≤0.30 10-6/℃)，更优选地等于或至多为0.2010-6/℃(│CET1-CET2│≤0.20 10-6/℃)。理想地，第一玻璃片和第二玻璃片具有相同的热膨胀系数。术语“热膨胀系数”(CTE)是对象尺寸随温度变化的度量。具体地，它测量玻璃片在恒定压力下每度温度变化的体积分数变化。
如本领域技术人员所知，玻璃是弹性材料，其特征通常为其杨氏模量E和泊松比μ。杨氏模量是刚度的度量，由此，较大的值表示玻璃在施加的应力下几乎不会变形。对于钠钙硅、铝硅酸盐或硼硅酸盐玻璃组分的杨氏模量的典型值包含在60Gpa与120GPa(60GPa≤E≤120GPa)之间。特别地，钠钙玻璃组分表现的杨氏模量值通常在69GPa至72GPa(60GPa≤E≤72GPa)范围内。泊松比测量泊松效应，这是一种现象，由此，玻璃倾向于在与压缩方向垂直的方向上膨胀。对于钠钙硅、铝硅酸盐或硼硅酸盐玻璃组分的泊松比的典型值包含在0.18与0.30(0.18≤μ≤0.30)之间。特别地，钠钙玻璃组分表现出的泊松比值通常在0.18至0.23(0.18≤μ≤0.23)范围内。
术语“退火玻璃片”应理解为是指通过在热玻璃片成型后将其缓慢冷却以减轻制造过程中引入的残余内应力而生产的玻璃片。
浮法玻璃片可以可选地是被磨边的。磨边使锋利边缘变成光滑边缘，这对于可能接触真空隔热玻璃窗、尤其是接触玻璃窗边缘的人来说，要安全得多。
优选地，本发明的非对称VIG的第一浮法玻璃片和第二浮法玻璃片的组成包括以相对于玻璃总重量表示的重量百分比计的以下组分(组分A)。更优选地，玻璃组成(组分B)是钠钙硅型玻璃，其组成的基础玻璃基质包括以相对于玻璃总重量表示的重量百分比计的以下组分。
组分A 组分B
SiO2 40％-78％ 60wt％-78wt％
Al2O3 0％-18％ 0wt％-8wt％，优选地0wt％-6wt％
B2O3 0％-18％ 0wt％-4wt％，优选地0wt％-1wt％
Na2O 0％-20％ 5wt％-20wt％，优选地10wt％-20wt％
CaO 0％-15％ 0wt％-15wt％，优选地5wt％-15wt％
MgO 0％-10％ 0wt％-10wt％，优选地0wt％-8wt％
K2O 0％-10％ 0wt％-10wt％
BaO 0％-5％ 0wt％-5wt％，优选地0wt％-1wt％。
本发明的非对称VIG的第一浮法玻璃片和第二浮法玻璃片的另一优选的玻璃组分包括以相对于玻璃总重量表示的重量百分比计的以下组分：
Figure BDA0002773862970000151
特别地，根据本发明的组成的基础玻璃基质的示例在PCT专利申请WO 2015/150207 A1、WO 2015/150403 A1、WO 2016/091672 A1、WO 2016/169823 A1以及WO 2018/001965 A1中进行了描述公开。
本发明的非对称VIG的第一浮法玻璃片和第二浮法玻璃片的另一优选的玻璃组成包括以相对于玻璃总重量表示的重量百分比计的以下项：
Figure BDA0002773862970000161
浮法玻璃片可以具有相同的尺寸或不同的尺寸，并且从而形成阶梯状VIG。在本发明的优选实施例中，第一浮法玻璃片和第二浮法玻璃片分别包括第一周边边缘和第二周边边缘，并且其中，第一周边边缘从第二周边边缘凹进，或者其中，第二周边边缘从第一周边边缘凹进。这种配置允许增强气密结合密封件的强度。
在VIG内，第一玻璃片具有内片面(12)和外片面(13)。所述第二玻璃片具有内片面(22)和外片面(23)。第一内片面和第二内片面面向非对称VIG的内部体积V。第一外片面和第二外片面面向VIG的外部。
在本发明的一些实施例中，可以在真空隔热玻璃窗单元(10)的第一浮法玻璃片和/或第二浮法玻璃片(1，2)的内片面(12，22)和/或外片面(13，23)中的至少一个上设置膜，诸如低辐射膜、太阳能控制膜(热射线反射膜)、抗反射膜、防雾膜，优选地为热射线反射膜或低辐射膜。在如图1所示的本发明的优选实施例中，非对称VIG的第二浮法玻璃片(2)的内片面(22)设置有热射线反射膜或低辐射膜(5)。
层压组件
在本发明的一个实施例中，出于安全性和坚固性原由，第一玻璃片的外片面和/或第二玻璃片的外片面可以通过形成层压组件的至少一个聚合物夹层进一步层压到至少一个玻璃片材上。层压玻璃是一种安全玻璃，其在破碎时会保持在一起。在破裂的情况下，层压玻璃通过在其两层或更多层玻璃之间的热塑性中间层而被保持在位。中间层即使破裂时也保持玻璃层结合在一起，并且其高强度防止玻璃破裂成大块的锋利碎片。
在层压组件内，至少一个玻璃片材优选具有厚度Zs，该厚度等于或大于0.5mm(Zs≥0.5mm)。厚度是在与片P垂直的方向上测量的。至少一个聚合物夹层是透明或半透明聚合物夹层，其所包括的材料选自下组，该组由以下各项组成：乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚异丁烯(PIB)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、共聚酯、聚缩醛、环烯烃聚合物(COP)、离聚物和/或紫外线活化粘合剂，以及制造玻璃层压件领域中已知的其他材料。使用这些材料的任何兼容组合的共混材料也可以适用。带隔音层压玻璃的增强隔音件也与本概念兼容，以改善窗或门的性能。在这种情况下，聚合物夹层包括插入在两个聚乙烯醇缩丁醛膜之间的至少一种附加的隔音材料。
具有电致变色、热致变色、光致变色或光伏元件的玻璃片也与本发明兼容。
多个隔热玻璃窗
在本发明的另一个实施例中，本发明还适用于任何类型的玻璃窗单元，包括(两个、三个或更多个)玻璃片，这些玻璃片界定隔热或非隔热内部空间(也称为多个玻璃窗单元)，只要这些内部空间中的至少一个中产生部分真空。因此，在一个实施例中，为了改善本发明的非对称VIG的机械性能，可以经由周边间隔条(也已知为间隔窗口型材)沿VIG的周边将第三附加玻璃片联接到第一玻璃片和第二玻璃片的外片面的至少一个(13和/或23)，从而形成通过周边边缘密封件密封的隔热空腔。所述周边间隔条在第三玻璃片与第一玻璃片和第二玻璃片之一外片面的至少一个之间保持一定的距离。通常，所述间隔条包括干燥剂，并且通常具有包含在6mm至20mm之间、优选地在9mm至15mm之间的厚度。通常，所述第二内部体积填充有预定气体，该预定气体选自下组，该组由以下各项组成：空气、干燥空气、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、六氟化硫(SF6)、二氧化碳或它们的组合。所述预定气体对于防止热传递是有效的和/或可以用来减少声音传播。
间隔件
如图1所描绘的，本发明的真空隔热玻璃窗单元包括多个离散间隔件(3)，也称为支柱，它们被夹在第一浮法玻璃片与第二浮法玻璃片(1，2)之间，以便保持内部体积V。根据本发明，离散间隔件定位在第一玻璃片与第二玻璃片之间，从而保持第一玻璃片与第二玻璃片之间的距离，并形成具有间距λ的阵列，该阵列的间距包含在10mm与26mm之间(10mm≤λ≤26mm)。间距，其是指离散间隔件之间的间隔。本发明内的阵列通常是规则阵列，该规则阵列基于等边三角形、正方形或六边形方案，优选地基于正方形方案。
离散间隔件可以具有不同的形状，诸如圆柱形、球形、丝状、沙漏形、C形、十字形、棱柱形。优选使用小的支柱，即由支柱的外圆周限定的支柱与玻璃片的接触表面通常等于或小于5mm2，优选地等于或小于3mm2，更优选地等于或小于1mm2。如以上指出的，这些尺寸可以提供良好的机械抵抗性，同时在美学上是考虑周到的。
离散间隔件通常由具有可耐受从玻璃片的表面施加的压力的强度的材料制成，从而能够承受诸如燃烧和烘烤的高温过程，并且在制造玻璃板之后几乎不排放气体。这种材料优选是硬质金属材料、石英玻璃或陶瓷材料，特别地，金属材料，诸如铁、钨、镍、铬、钛、钼、碳钢、铬钢、镍钢、不锈钢、镍铬钢、锰钢、铬锰钢、铬钼钢、硅钢、镍铬合金、硬铝合金或类似物，或者陶瓷材料，诸如刚玉、氧化铝、莫来石、氧化镁、氧化钇、氮化铝、氮化硅或类似物。
气密结合密封件
如图1中所示，在本发明的真空隔热玻璃窗单元(10)的玻璃片(1，2)之间的内部体积V利用气密结合密封件(4)封闭，该气密结合密封件围绕所述内部空间放置在玻璃片的周边上。所述气密结合密封件是不透气的且坚硬的。诸如本文所用并且除非另外指出，否则术语“不透气的”应理解为是指不透空气或不透大气中存在的任何其他气体。
内部空间与外部空间之间的温度梯度实际上导致了本发明的第一玻璃片和第二玻璃片的不同热变形。当放置于玻璃片的周边上的密封很硬时，每个玻璃片上的约束甚至更加关键。相反地，这样的约束将在其中周边密封件允许一些变形的VIG内较低。
存在各种气密结合密封件技术。第一种类型的密封件(使用最广泛)是基于焊料玻璃的密封件，其熔点低于玻璃窗单元的玻璃板的玻璃的熔点。这种类型的密封件的使用将低辐射层的选择限制为不会因实施焊料玻璃所需的热循环而劣化的低辐射层，即能够承受可能高达250℃的温度的低辐射层。另外，因为这类基于焊料玻璃的密封件仅是非常轻微可变形的，因此当玻璃窗单元的内侧玻璃片与该玻璃窗单元的外侧玻璃片经受大温度差
Figure BDA0002773862970000191
时，该密封件不允许所述片之间的差胀效应被吸收。由此，在玻璃窗单元周边产生相当大的应力，并且这些应力可能引起玻璃窗单元的玻璃片的破裂。
第二类型的密封件包括金属密封件，例如厚度小(<500μm)的金属条，该金属条通过至少部分覆盖有一层可焊接材料(诸如软锡合金焊料)的连结底层而被焊接到玻璃窗单元的周边。相对于第一类型的密封件，第二类型的密封件的一个显著优点在于，它能够部分变形，以便部分地吸收在两个玻璃片之间形成的差胀。在玻璃片上存在各种类型连结底层。
专利申请WO 2011/061208 A1描述了用于真空隔热玻璃窗单元的第二类型的周边不透气密封件的一个示例性实施例。在该实施例中，密封件是例如由铜制成的金属条，该金属条借助可焊材料焊接到设置在玻璃片的周边上的粘附带。
内部体积
内部体积V内产生绝对压力小于0.1mbar、优选地小于0.01mbar的真空，该内部体积由第一玻璃片和第二玻璃片以及一组离散间隔件限定并且通过本发明的非对称VIG内的气密结合密封件来封闭。
本发明的非对称VIG的内部体积可以包括气体，例如但不限于空气、干燥空气、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、六氟化硫(SF6)、二氧化碳或它们的组合。相对于单个玻璃片，由于内部体积中存在气体，因此减少了通过具有这种传统结构的隔热片进行的能量传递。
内部体积也可以被抽出任何气体，因此形成真空玻璃窗单元。通过真空隔热的隔热玻璃窗片的能量传递被真空被大大地减少。为了在玻璃窗片的内部空间中产生真空，通常，将使得内部空间与外部连通的中空玻璃管设置在这些玻璃片中的一个的主面上。因此，通过以下方式在内部空间中产生部分真空：借助于连接到该玻璃管的外端上的泵来抽出该内部空间中存在的气体。
为了在真空隔热玻璃窗单元中维持给定真空水平一段持续时间，可以在玻璃窗单元中使用吸气剂。具体地，构成玻璃窗片的玻璃片的内表面可以随着时间的流逝而释放预先吸收在玻璃中的气体，从而增加真空隔热玻璃窗单元的内部压力，并且因此降低真空性能。通常，这种吸气剂由锆、钒、铁、钴、铝等的合金组成，并且以薄层(厚度为几微米)的形式或以放置在玻璃窗片的玻璃片之间的块的形式沉积，以便不被看见(例如，被外部搪瓷或被周边不透气密封件的一部分所隐藏)。吸气剂在室温下在其表面上形成了钝化层、并且由此必须被加热以便使得钝化层消失并因此激活其合金吸气特性。吸气剂被认为是“热激活的”。
Figure BDA0002773862970000201
Figure BDA0002773862970000211

Claims (14)

1.一种真空隔热玻璃窗单元(10)，沿着由纵向轴线X和竖直轴线Z限定的平面P延伸；具有沿着所述纵向轴线X测量的宽度W以及沿着所述竖直轴线Z测量的长度L，并且包括：
a.具有厚度Z1的第一玻璃片(1)和具有厚度Z2的第二玻璃片(2)，其中，所述厚度是在与所述片P垂直的方向上测量的，其中，Z1大于Z2(Z1>Z2)，其中，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片为浮法退火玻璃片；并且其中，所述第一玻璃片具有热膨胀系数CTE1，所述第二玻璃片具有热膨胀系数CTE2，并且其中，CTE1与CTE2之间的绝对差至多为0.40 10-6/℃(│CTE1-CTE2│≤0.40 10-6/℃)；
b.一组离散间隔件(3)，所述组离散间隔件被定位在所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间，维持所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离，并且形成具有间距λ的阵列；
c.气密结合密封件(4)，所述气密结合密封件在所述第一玻璃片和所述第二玻璃片的周界上密封所述第一玻璃片与所述第二玻璃片之间的距离；
d.内部体积V，所述内部体积由所述第一玻璃片、所述第二玻璃片和所述组离散间隔件限定并且被所述气密结合密封件封闭，并且其中，存在绝对压力小于0.1mbar的真空，
其特征在于，所述真空隔热玻璃窗单元的长度L等于或大于300mm，(L≥300mm)；
其特征在于，所述第二玻璃片的厚度Z2等于或大于3mm(Z2≥3mm)；
其特征在于，所述第一玻璃片的厚度Z1与所述第二玻璃片的厚度Z2的厚度比率Z1/Z2等于或大于1.30(Z1/Z2≥1.30)，并且大于Z1/(Z1-2.10)(Z1/Z2>Z1/(Z1-2.10))，并且
其特征在于，所述间距λ包含在10mm与26mm之间(10mm≤λ≤26mm)。
2.根据权利要求1所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述真空隔热玻璃窗单元的长度L等于或大于400mm，(L≥400mm)，优选地等于或大于500mm，(L≥500mm)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述厚度比率Z1/Z2等于或大于1.55(Z1/Z2≥1.55)，更优选地包含在1.60与6.00之间(1.60≤Z1/Z2≤6.00)，优选地在2.00与4.00之间(2.00≤Z1/Z2≤4.00)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述间距λ包含在15mm与25mm之间(15mm≤λ≤25mm)，更优选地在20mm与24mm之间(20mm≤λ≤24mm)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述真空隔热玻璃窗单元的宽度W等于或大于300mm(W≥300mm)，优选地等于或大于400mm(W≥400mm)，更优选地等于或大于500mm(W≥500mm)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片中的至少一个、优选地所述第二玻璃片由钠钙硅玻璃、铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃制成。
7.根据权利要求6所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第二玻璃片的组成包括以相对于玻璃的总重量表示的重量百分比计的以下项：
SiO2 60％-78％
Al2O3 0wt％-8wt％，
B2O3 0wt％-4wt％，
Na2O 5wt％-20wt％，优选地10wt％-20wt％
CaO 0wt％-15wt％，
MgO 0wt％-12wt％
K2O 0％-10％
BaO 0％-5％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，CTE1与CTE2之间的所述绝对差至多为0.30 10-6/℃(│CTE1-CTE2│≤0.30 10-6/℃)，更优选地至多为0.20 10-6/℃(│CTE1-CTE2│≤0.20 10-6/℃)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片分别具有内片面(12，22)并且分别具有外片面(13，23)，其中，所述内片面面向所述内部体积V，并且其中，所述内面(12，22)和/或外面(13，23)中的至少一个至少设置有热射线反射膜或低辐射膜(5)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第一玻璃片包括外片面(13)，所述第二玻璃片包括外片面(23)，并且其中，所述外片面中的至少一个通过形成层压组件的至少一个聚合物夹层层压到至少一个玻璃片材上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第一和第二玻璃的外片面(13和/或23)中的至少一个经由周边间隔条沿着所述真空隔热玻璃窗单元的周边联接至第三玻璃片，从而形成由周边边缘密封件密封的隔热空腔。
12.根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元，其中，所述第一玻璃片和所述第二玻璃片分别包括第一周边边缘和第二周边边缘，并且其中，所述第一周边边缘从所述第二周边边缘凹进，或者其中，所述第二周边边缘从所述第一周边边缘凹进。
13.一种分隔物，所述分隔物将具有第一温度Temp1的第一空间与具有第二温度Temp2的第二空间分开，其中，Temp1低于Temp2；所述分隔物包括由根据前述权利要求中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元封闭的开口，其中，所述第一玻璃片面向所述第一空间。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的真空隔热玻璃窗单元的用途，用于封闭限定具有第一温度Temp1的第一空间与具有第二温度Temp2的第二空间的分隔物的开口，其中，Temp1低于Temp2，并且其中，所述第一玻璃片面向所述第一空间。
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